Nanomatériaux fonctionnels à faible dimensionnalité pour la détection de pression et de tension

Low-dimension functional nanomaterials for the detection of pressure and strain

• Auteur / Autrice : Chang-Bo Huang
• Direction : Paolo Samorì, Artur Ciesielski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 20/05/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Alberto Bianco
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paolo Samorì, Artur Ciesielski, Alberto Bianco, David Beljonne, Marta Mas-Torrent, Yves H. Geerts
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Beljonne, Marta Mas-Torrent

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes d'identification par radiofréquence

Internet des objets

Jauges de contrainte

Matériaux

Capteurs de pression

Matériaux -- Fatigue

Graphène

Mots clés libres

Graphène

Capteur de pression

Capteur de déformation

Ressort moléculaire

Surveillance de la santé

Graphene

Pressure sensor

Strain sensor

Molecular spring

Health monitoring

Résumé

L'objectif de cette thèse a été la conception chimique et la fabrication de capteurs de pression/déformation avec des matériaux actifs pour une détection fine afin de surveiller la santé humaine. L'ingénierie de la compressibilité du matériau actif à travers des molécules modulables (telles un ressort moléculaire ou un polymère photorésistant) est la principale nouveauté de cette thèse. L'hybride graphène-molécule a d'abord été utilisé comme matériau actif de détection de pression dans lequel la sensibilité peut être réglée en modifiant la rigidité des ressorts moléculaires. Une stratégie de conception similaire a été appliquée au capteur de déformation basé sur le réseau AuNPs-TEG, dans lequel le signal de détection peut être transmis via un système RFID sans fil. Dans le dernier projet, la résine photosensible a été utilisée pour fabriquer un capteur de pression hybride à base de graphène possédant une sensibilité réglable par irradiation UV. Dans l'ensemble, cette nouvelle conception de maté riau de détection de pression/déformation a fourni une méthode efficace pour fabriquer des capteurs de pression/déformation très sensibles. Les caractéristiques supplémentaires de l'appareil telles que la faible consommation énergétique (tension de fonctionnement de 0.2 V), le processus de fabrication à grande échelle, les matières premières disponibles commercialement, le faible coût de production et, plus important encore, la détection sans fil, en font un candidat attrayant pour les applications technologiques portatives contrôlant la santé, pour des dispositif de surveillance, dans la robotique de détection multi-mouvement et pour l’IoT.

The aim of this Thesis is the chemical design and fabrication of pressure/strain sensor with delicately designed active sensing materials for human health monitoring applications. Engineering of compressibility of active material through tunable molecules (e.g. molecular spring, photoresist polymer) is the main novelty in this thesis. Graphene-molecule hybrid has been firstly employed as active pressure sensing material in which the sensitivity can be tuned by changing the rigidity of molecular springs. Similar design strategy has been applied on the AuNPs-TEG network-based strain sensor, in which the sensing signal can be transmitted through RFID system in a wireless manner. In the last project, photoresist has been utilized to fabricate hybrid graphene material-based pressure sensor possessing tunable sensitivity by UV irradiation. Overall, this novel design of pressure/strain sensing material has provided an effective method to fabricate highly sensitive pressure/strain sensors. The additional device features such as low power consumption (0.2 V operating voltage), large-scale fabrication process, commercially available raw material, low cost, and more importantly, the wireless sensing, make it an appealing candidate for the technological applications in wearable health monitoring device, multimotion detection robotic and IoT.