Matériaux multifonctionnels pour textiles intelligents : Vers des applications automobiles

Multifunctional materials for intelligent textile : Toward automotive applications

• Auteur / Autrice : Diatezo Leopold
• Direction : Pierre-Jean Cottinet, Jean-Fabien Capsal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGEF - Laboratoire de Génie Electrique et Ferroélectricité (Lyon, INSA) - Laboratoire de Génie Electrique et Ferroélectricité / LGEF
• Jury : Président / Présidente : Vincent Consonni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Jean Cottinet, Jean-Fabien Capsal, Vincent Consonni, Benoît Guiffard, Fouad Belhora, Frédéric Demoly, Masae Kanda, Minh-Quyen Le
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Benoît Guiffard, Fouad Belhora

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électroluminescence

Conductivité thermique

Mots clés libres

Matériaux

Revêtement électronique imprimé

Textile chauffant

Textile intelligent

Simulation par Eléments Finis

Optimisation de la conception

Caractérisation thermique

Caractérisation électrique

Composite électroluminescent

Particule phosphorescente

Matrice diélectrique

Applications automobiles

Materials

Printed electronic coating

Heating textile

Smart textile

Finite element simulation

Design optimization

Thermal characterization

Electrical characterization

Electroluminescent composites

Phosphorescent particle

Dielectric matrix

Automotive applications

Résumé

Ce projet de recherche de doctorant concerne l’élaboration et l’utilisation de matériaux multifonctionnels imprimable, en mettant l’accent sur les compromis entre propriétés matériaux et spécification applicative, avec un focus autour des fonctions de chauffage par effet joule et d’électroluminescence. L’originalité des travaux repose sur une approche couplée entre matériaux multifonctionnels et intégration textile. Le premier point de l’étude concerne la sélection des matériaux multifonctionnels jugés comme potentiellement intéressants pour la création de textiles intelligents adaptés aux secteurs cibles de la société TESCA-groupe. Cette sélection impliquait la caractérisation des propriétés électriques et thermiques des matériaux conducteurs ainsi que du substrat textile. De plus, des analyses à l'aide d'appareils de microscopie électronique à balayage (MEB)/ spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) et diffraction de rayon X (DRX) étaient effectuées pour étudier la microstructure, notamment l'adhérence, l'épaisseur des couches déposées et la composition chimique des matériaux. Le second aspect met l’accent sur une étude du vieillissement accéléré sur des éprouvettes unitaires des substrats textiles revêtus d'encre conductrice, en conformité avec les spécifications requises de la société Tesca. L'objectif de cette démarche était d'identifier les limites inhérentes à chaque matériau, telles que la déformation maximale, les variations de température, l'adhérence, la compatibilité des processus, etc., dans le but de proposer des axes d'optimisation ou de tenir compte de ces limitations lors de la conception des transducteurs intégrés sur substrat textile. Cette première étape nous permettait d'établir une base de matériaux multifonctionnels pouvant être utilisés pour des applications spécifiques, telles que les nappes chauffantes, les interrupteurs capacitifs ou résistifs, les transducteurs, les capteurs de grandeurs mécaniques, entre autres. Le troisième volet de cette recherche consistait à assembler ces éléments de base pour créer des sous-fonctions qualifiées d’intelligente. En effet, la réalisation de transducteurs impliquait généralement la combinaison de différents matériaux multifonctionnels afin de répondre aux exigences spécifiques de l'application visée.

This PhD student research project concerns the development and use of printable multifunctional materials, focusing on the trade-offs between material properties and application specification, with a particular emphasis on joule heating and electroluminescence functions. The originality of the work lies in a coupled approach between multifunctional materials and textile integration. The first part of the study concerned the selection of multifunctional materials deemed potentially interesting for the creation of intelligent textiles adapted to TESCA-groupe's target sectors. This involved characterizing the electrical and thermal properties of both the conductive materials and the textile substrate. In addition, analyses using scanning electron microscopy (SEM)/energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) were carried out to study the microstructure, including adhesion, the thickness of the deposited layers and the chemical composition of the materials. The second aspect focused on an accelerated ageing study on unit specimens of textile substrates coated with conductive ink, in compliance with the specifications required by Tesca. The aim of this approach was to identify the inherent limitations of each material, such as maximum deformation, temperature variations, adhesion, process compatibility, etc., with a view to proposing areas for optimization or taking these limitations into account when designing transducers integrated on textile substrates. This first step enabled us to establish a base of multifunctional materials that could be used for specific applications, such as heating mats, capacitive or resistive switches, transducers, sensors for mechanical quantities, among others. The third aspect of this research consisted in assembling these basic elements to create sub-functions described as ''intelligent''. In fact, the production of transducers generally involved combining different multifunctional materials to meet the specific requirements of the target application.