Etudes multi-échelles de nanocomposites conducteurs électriques à base Graphène/PMMA/PS

Multiscale studies of electrical conductive nanocomposites based on Graphene/PMMA/PS

• Auteur / Autrice : Thibaut Lalire
• Direction : Claire Longuet, Aurélie Taguet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 14/03/2023
• Etablissement(s) : IMT Mines Alès
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PCH Polymères, composites, hybrides - Polymères Composites et Hybrides / PCH - IMT Mines Alès
• Jury : Président / Présidente : Anne-Sophie Caro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Longuet, Aurélie Taguet, Paolo Bondavalli, Edith Peuvrel-Disdier, Belkacem Otazaghine, Philippe Poulin, Anatoli Serghei
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Paolo Bondavalli, Edith Peuvrel-Disdier

Mots clés

Mots clés libres

Graphène

Mélange de polymères

Fonctionnalisation

Microstructures

Conductivité électrique

Graphene

Polymer Blend

Functionalization

Microstructures

Electrical conductivity

Résumé

Le développement de matériaux conducteurs électriques à base de nanoparticules carbonées est en total expansion depuis une dizaine d’années et a pour but de subvenir au besoin des industriels pour divers secteurs d’activités (aéronautique, automobile, stockage d’énergie, télécommunication). Découvert en 2004, le graphène figure parmi ces nanoparticules qui a comme particularité sa morphologie sous forme de feuillet et sa structure en nid d’abeille. Des projets Européens comme «Graphene Flagship » a depuis 2013 permis la création de nombreux travaux autour de ce matériau 2D. Cependant à ce jour, il reste encore des zones d’ombres notamment dans le développement de matériaux polymères chargés en graphène ce qui freine son utilisation à l’échelle industrielle notamment pour des applications nécessitant l’allègement des structures en remplaçant les métaux. Ce projet de thèse consiste à développer des nanocomposites conducteurs électriques à base de graphène dans un mélange de polymères immiscibles PMMA/PS. Les résultats recherchés sont donc l’obtention de matériaux nanocomposite conducteurs électriques à un taux faible de graphène afin d’en réduire le coût de production. L’étude est menée de l’échelle nanométrique avec notamment la synthèse du graphène et sa fonctionnalisation, à l’échelle microscopique par l’analyse des phénomènes de migration des nanoparticules dans un mélange immiscible PMMA/PS, jusqu’à l’échelle macroscopique basée sur l’analyse des paramètres de mise en oeuvre sur les propriétés électriques du nanocomposite.

The development of electrical conductive materials based on carbonaceous nanoparticles is in full expansion for the last ten years and aims to meet the needs of industry in various sectors (aerospace, automotive, energy storage, telecommunications). Discovered in 2004, graphene is one of these nanoparticles which has as a particularity its sheet-like morphology and its honeycomb structure. European projects such as "Graphene Flagship" has since 2013 allowed the creation of many works around this 2D material. However, to date, there are still some grey areas, particularly in the development of polymer materials filled with graphene, which hinders its use on an industrial scale, particularly for applications requiring the lightening of structures by replacing metals. This thesis project consists in developing electrically conductive nanocomposites based on graphene in a mixture of immiscible polymers PMMA/PS. The desired results are to obtain electrically conductive nanocomposite materials with a low graphene content in order to reduce the production cost. The study is conducted from the nanometric scale with the synthesis of graphene and its functionalization, to the microscopic scale by analyzing the migration phenomena of nanoparticles in a PMMA/PS immiscible mixture, to the macroscopic scale based on the analysis of the implementation parameters on the electrical properties of the nanocomposite.