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Micro and nanoactuators based on bistable molecular materials
Les systèmes microélectromécaniques (MEMS) sont des dispositifs de taille micrométrique capables de transformer un signal mécanique en un signal électrique et vice-versa. Ils
sont aujourd'hui largement répandus dans notre vie quotidienne pour la détection, la transformation de l'énergie et l'actionnement de dispositifs grâce à leur faible dissipation
énergétique, leur réponse ultra-rapide et leur grande sensibilité. Même si depuis plusieurs décennies, les progrès technologiques ont entraîné la miniaturisation des ces
dispositifs, il reste nombreux challenges à surmonter dont l'un des plus importantes est l'intégration à l'échelle nanométrique d'actionneurs à base des matériaux dit "
intelligents " (à ces dimensions, les matériaux habituellement utilisés perdent leurs propriétés d'actionnement). Dans ce contexte, ce travail de thèse avait pour objectif
d'explorer l'utilisation des matériaux moléculaires à transition de spin pour le développement d'actionneurs électromécaniques. Dans ce but, nous avons conçu des microleviers en
silicium que nous avons recouvert par différentes molécules à transition de spin soit par sublimation, soit par " spray-coating ". Les MEMS ont été caractérisés à température et
pression variables en modes dynamique et statique à l'aide d'un unique dispositif expérimental. Les résultats obtenus démontrent que les molécules à transition de spin peuvent
être intégrées, à l'aide de différents procédés de fabrication, dans des dispositifs MEMS et qu'il est possible de réaliser l'actionnement à l'aide d'une source d'énergie
thermique (chauffage et refroidissement) et/ou lumineuse. Simultanément, cette étude a également permis d'évaluer les propriétés mécaniques des matériaux à transition de spin
(module de Young, coefficient de Poisson) qui restent mal connues.Microelectromechanical systems (MEMS) are micrometric devices able to transform a mechanical signal into an electrical one and vice-versa. In the past years they have been
successfully employed in different fields of our everyday life for sensing, transducing different forms of energy and for actuating purposes thanks to their low energy
dissipation, fast response and high sensibility. Even if recent technological progress has allowed a considerable miniaturization of these devices, several challenges remain. In
particular the integration of smart actuating materials at the nanometric scale remains arduous because in most cases they lose their actuating properties at reduced sizes. In
this context, this thesis work aimed for exploring the possibility of using molecular spin crossover materials for the development of electromechanical actuators. To this aim we
have conceived silicon microcantilevers, which have been coated by various spin crossover molecules using either thermal evaporation or spray-coating methods. The MEMS have been
characterized at variable temperature and pressure both in dynamical and static modes using a single experimental setup. The results prove that spin crossover molecules can be
successfully integrated into silicon MEMS devices using different fabrication processes and their actuation can be achieved using either a thermal energy source or light
irradiation. In parallel, this work has allowed us to extract relevant mechanical properties of spin crossover materials (Young's modulus, Poisson's ratio), which have been
largely unknown previously