Propriétés électrodynamiques de nanocomposites polypropylène-poly butylène succinate/argile par spectroscopie diélectrique et sous irradiation électronique permanente

Electrodynamic properties of polypropylene-polybutylene succinate/clay nanocomposites by dielectric spectroscopy and under permanent electron irradiation.

• Auteur / Autrice : Sirine Taktak
• Direction : Omar Jbara, Slim Fakhfakh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux, Surfaces et Interfaces
• Date : Soutenance le 30/09/2022
• Etablissement(s) : Reims en cotutelle avec Université de Sfax. Faculté des sciences
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques Physique Sciences du Numérique et de l'Ingénieur (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Matériaux et Ingénierie Mécanique (MATIM) (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Souha Kammoun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Omar Jbara, Slim Fakhfakh, Martial Clin, Abdallah Ben Rhaiem, Sébastien Rondot, Wissem Cheikhrouhou-Koubaa
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Martial Clin, Abdallah Ben Rhaiem

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux électriques (énergie) -- Répartition des charges

Irradiation

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Nanocomposites

Propriétés électrodynamiques

Spectroscopie diélectrique

Irradiation électronique

Polarisation interfaciale

Charge piégée

Nanocomposites

Electrodynamic properties

Dielectric spectroscopy

Electronic irradiation

Interfacial polarization

Trapped charge

Résumé

Les phénomènes de charge, sous irradiation électronique dans un microscope électronique à balayage, de nanocomposites à base d’une matrice polymère biosourcée (polypropylène (PP/PPgMA), polybutylène succinate (PBS) et mélange PP/PPgMA/PBS) renforcée par une charge d’argile Cloisite 20 (C20), ont été étudiés à différentes températures. Le faisceau électronique utilisé permet d’injecter de faibles doses d’électrons dans une large gamme d’énergie et nous avons pu mesurer simultanément l’émission électronique secondaire et la charge générée dans le matériau par influence. Les caractéristiques de transport de charges électriques dépendent fortement du taux d’intercalation de l’agile qui favorise la création d'interfaces et d'agrégats, siège d'une multitude de défauts de haute densité (principalement des pièges peu profonds) qui améliorent la mobilité des porteurs de charge.La matrice issue d’un mélange de polymères (PP/PPgMA/PBS) développe une couche interfaciale entre les deux polymères mélangés. Les propriétés de cette couche interfaciale, dont la structure et la mobilité de chaîne dépend du taux de mélange des polymères, ont été sondées par spectroscopie diélectrique. La modélisation des courbes diélectriques au moyen du modèle de Havriliak et Negami (HN) a permis de déterminer l'énergie d'activation des différentes polarisations détectées et d'identifier le matériau qui présente la meilleure adhérence entre les deux polymères mélangés. L'étude de l’effet de la température sur le comportement de charge du PBS et de ses nanocomposites a également été abordée. Une charge de nanoargile relativement élevée facilite l’évacuation des charges électriques par le nanocomposite. Les nanocomposites étudiés peuvent intervenir dans une large variété d'applications nanotechnologiques avancées comme les actionneurs, les capteurs, les condensateurs pour stocker l'énergie électrique, etc. Les résultats de ces études permettent de choisir le matériau dont les performances électriques seraient les plus adaptées en fonction de l’application visée.

The charging phenomena, under electron irradiation in a scanning electron microscope, of nanocomposites based on a biosourced polymer matrix (polypropylene (PP/PPgMA), polybutylene succinate (PBS) and PP/PPgMA/PBS blend) reinforced with a Cloisite 20 (C20) clay filler, were studied at different temperatures. The electron beam used allows the injection of low doses of electrons in a wide energy range and we could simultaneously measure the secondary electron emission and the charge generated in the material by influence. The electric charge transport characteristics strongly depend on the intercalation rate of the agile which favors the creation of interfaces and aggregates, seat of a multitude of high-density defects (mainly shallow traps) that enhance the mobility of charge carriers. The matrix from a polymer blend (PP/PPgMA/PBS) develops an interfacial layer between the two blended polymers. The properties of this interfacial layer, whose structure and chain mobility depend on the mixing ratio of the polymers, were probed by dielectric spectroscopy. Modeling of the dielectric curves using the Havriliak and Negami (HN) model allowed to determine the activation energy of the different polarizations detected and to identify the material that shows the best adhesion between the two mixed polymers. The study of the effect of temperature on the loading behavior of PBS and its nanocomposites was also addressed. A relatively high nanoclay charge facilitates the removal of electrical charges by the nanocomposite. The studied nanocomposites can be used in a wide variety of advanced nanotechnology applications such as actuators, sensors, capacitors for storing electrical energy, etc. The results of these studies allow the selection of the material whose electrical performance would be the most suitable according to the targeted application.