Thèse soutenue

Effet de l'état de dispersion et de la modification de surface de particules à haute permittivité sur les propriétés diélectriques de nanocomposites à base polymère
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Auteur / Autrice : Nicolas Uguen
Direction : Paul SottaLise Trouillet-Fonti
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et sciences des matériaux
Date : Soutenance le 15/03/2022
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale des Matériaux (Lyon)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
Jury : Président / Présidente : René Fulchiron
Examinateurs / Examinatrices : Paul Sotta, Lise Trouillet-Fonti, Annie Colin, Eric Dantras, Anne-Caroline Genix
Rapporteurs / Rapporteuses : Annie Colin, Eric Dantras

Résumé

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Dans le domaine des matériaux nanocomposites isolants électriques à base de polymères, les propriétés diélectriques peuvent être ajustées en modifiant la composition et/ou la morphologie du composite (rapport d'aspect, orientation, état de dispersion...). La modification de la chimie de surface des particules constitue également un outil de design des propriétés diélectriques des composites via la modification des propriétés à l’interfaces entre les particules et la matrice. Largement mentionnée dans la littérature, la modification de surface des particules entraîne bien souvent une modification de l’état de dispersion des particules dans les matériaux composites finaux. L’interdépendance entre les propriétés aux interfaces et l’état de dispersion complexifie la déconvolution de leurs effets respectifs sur les propriétés diélectriques et donc l’étude des mécanismes et phénomènes physiques impliqués dans les relations structure-propriétés. Cette étude expérimentale a pour but d’approfondir la compréhension de ces mécanismes en dissociant la modification de surface des particules de l’état de dispersion obtenu dans les composites. Pour cela, des nanocomposites à matrice PVdF-HFP chargés de nanoparticules de BaTiO3 ont été choisis comme système d’étude et fabriqués par voie solvant. Ces travaux constituent une approche globale prenant en compte les interactions moléculaires à l’œuvre durant le procédé de fabrication des nanocomposites, l’état de dispersion des particules, et jusqu’aux propriétés diélectriques macroscopiques qui en découlent. Ces travaux offrent une ouverture à l’approfondissement de ces relations structure-propriétés en caractérisant de manière plus poussée la structure même des agglomérats et son effet sur les propriétés diélectriques et de transport de charges dans les nanocomposites à haute permittivité. L’étude des propriétés diélectriques à fort champ de ces matériaux, et cela jusqu’au claquage, pourrait également permettre d’approfondir la compréhension des mécanismes de transport de charges et mettre en évidence l’influence des propriétés aux interfaces.