Synthèse et caractérisations de micro-actionneurs tout-solides à base de polymères conducteurs électroniques et de polymères liquides ioniques

Synthesis and characterizations of all-solid-state micro-actuators based on electronic conducting polymers and polymeric ionic liquids

• Auteur / Autrice : Frédéric Braz Ribeiro
• Direction : Cédric Plesse, Frédéric Vidal, Tran-Minh Giao Nguyen
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie - Cergy
• Date : Inscription en doctorat le 03/10/2016; Soutenance le 20/07/2020
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPPI - Laboratoire de physico-chimie des polymères et des interfaces

Mots clés

Mots clés libres

Micro-actionneurs

Polymères conducteurs électroniques

Polymères liquides ioniques

Micro-actuators

Electronic conducting polymers

Polymeric ionic liquids

Résumé

Depuis une vingtaine d’années les actionneurs ioniques intéressent de nombreux groupes de recherche dans le monde depuis que ceux-ci représentent des matériaux stimulables prometteurs pour l’élaboration de muscles artificiels et de capteurs. Ces actionneurs sont généralement synthétisés dans une configuration telle que la couche centrale est un polymère solide support d’électrolyte (SPE). La faculté à actionner de ces matériaux électro-actifs (EAP) provient d’un changement de volume réversible des films de PCE dû à leur capacité à expulser ou accepter des ions pendant les processus d’oxydo-réduction. Cependant, pour que ces matériaux puissent actionner ceux-ci doivent subir un gonflement exogène en liquide ionique ce qui devient délicat à l’échelle micrométrique. Pour contourner cette limitation nous proposons donc ici d'utiliser un polymère liquide ionique (PLI) comme membrane centrale. Les PLIs sont une nouvelle classe de poly-électrolytes qui ont récemment attiré une attention considérable grâce à leurs propriétés qui combinent celles de liquides ioniques et de polymères. Ce projet doctoral met donc l'accent sur la synthèse de nouvelles membranes support d'électrolyte à base de polymères liquides ioniques et de polymère conducteur électronique pour leur intégration dans des micro-actionneurs dans le but de développer des prototypes opérationnels et démonstratifs sur des substrats flexibles. Pour cela, nous voulons proposer un ambitieux premier démonstrateur pour la manipulation d'objets micrométriques dans l'air ou dans le vide et un second démonstrateur qui permettra d'étudier la propagation de fissures ou de fractures dans un matériau.

Ionic-based actuators have interested numerous research groups all over the word since they represent promising active materials to elaborate biomimetic actuators and sensors. These actuators are usually built in a configuration where the internal layer is a solid polymer electrolyte (SPE) sandwiched between two electronic conducting polymer (ECP) layers. These electro-active polymers (EAP) are based on ECP volume change generated by the ions expulsion/insertion motion during the redox process. However, to allow these materials to actuate they must be swelled with an exogenous electrolyte which becomes tricky at micro-scale. To work around this limitation we propose to use polymeric ionic liquids (PILs) instead of exogenous electrolytes. PILs are a new sub-class of poly-electrolytes that has recently attracted considerable attention due to the combination of properties both from ionic liquids and polymers. This Ph.D. project will focus on optimizing new electroactive polymeric ionic liquid-based (EAP) micro-transducers with the aim of producing operational and demonstrative prototypes on flexible based plates. We will thus propose a first-one ambitious demonstrator for gripping micrometric objects in air or in a vacuum, and a second-one demonstrator to study crack propagation and fracture in materials. These two demonstrators will capitalize on the innovative functionalities of the material.