Optimisation et contrôle de la transition dynamique de percolation au sein de matériaux nanostructurés

International audienceL'ajout de charges carbonées au sein de matrices polymères permet la mise en œuvre de composites aux propriétés électriques optimisées. La conductivité de ces matériaux dépend en grande partie de l'organisation des charges dans la matrice, notamment de la présence de réseaux percolants. L'objectif du présent travail est de comprendre les mécanismes de structuration des nanotubes de carbone au sein de différents milieux. L'architecture de ces réseaux de charges a principalement été révélée par le biais de mesures électriques et diélectriques. L'originalité de nos travaux réside dans l'utilisation de matrices liquides, notamment des huiles de silicone, a?n de s'affranchir des contraintes présentes dans les plastiques d'une part, et de simpli?er les processus de mise en œuvre d'autre part. Nos travaux révèlent une agrégation des charges au cours du temps, plus connue sous le nom de percolation dynamique. La conductivité de ces matériaux a ensuite été modélisée en fonction du temps et du taux de charge à partir de l'équation statique de Kirkpatrick. L'application d'un champ électrique a permis une augmentation de la conductivité ainsi qu'une diminution du seuil de percolation. En?n, une étude des paramètres intrinsèques de la matrice a révélé une forte in?uence de la viscosité et de la tension de surface sur la dispersion et la vitesse d'agrégation des nanotubes de carbone

Contrôle par percolation dynamique de la conductivité de nanocomposites polymères-nanotubes de carbone

L'effet de la percolation dynamique sur la conductivité de composites polymères chargés en nanotubes de carbone a été étudié. La réalisation d'étapes de recuits thermiques à l'état fondu a permis de mettre en évidence une augmentation graduelle de plusieurs ordres de grandeurs de la conductivité. Du point de vue applicatif la maitrise de la cinétique de percolation dynamique autorise le contrôle fin et localisé de la structuration du réseau de charges. Ceci a notamment conduit à une réduction des taux de charges critiques, une augmentation de la conductivité maximale des systèmes ainsi qu'à l'invention et la réalisation de matériaux à gradient de conductivité électrique

Carbon nanotubes contribution to electrical conduction of organic materials

Ce travail de thèse propose, par une approche multi-échelles, une compréhension de certains mécanismes de constitution des réseaux percolants de nanotubes de carbone initialement dispersés au sein de polymères thermoplastiques. L'impact du phénomène de « percolation dynamique » sur les propriétés électriques d.c. et a.c. des nanocomposites a ainsi été étudié par l'établissement d'inter-relations entre l'organisation des charges et les propriétés résultantes. L'effet de cette auto-organisation des systèmes sur les paramètres critiques d.c. de la loi de percolation statistique sont discutés. Des origines à la percolation dynamique sont proposées et permettent d'envisager de nombreuses applications industrielles. A titre d'exemple, le contrôle sur plusieurs ordres de grandeur de la permittivité et de la conductivité est proposé, certaines valeurs n'étant pas accessibles avec les méthodes conventionnelles.The present thesis proposes a multi-scale understanding of some mechanisms that govern the genesis of percolating networks constituted with carbon nanotubes in thermoplastic polymers. The effect of "dynamic percolation" on the d.c. and a.c. electrical properties of the resulting nanocomposites was studied by means of the identification of the relationships between the filler organization and the use properties. The consequences of this controlled self-organization on the statistic percolation law d.c. critical parameters are discussed. Two possible origins of the dynamic percolation are proposed. From an applicative point of view, thermal treatments were applied to design new materials. The range of accessible permittivity and conductivity values is also discussed

Appport des nanotubes de carbone à la conduction électrique de matériaux organiques

Ce travail de thèse propose, par une approche multi-échelles, une compréhension de certains mécanismes de constitution des réseaux percolants de nanotubes de carbone initialement dispersés au sein de polymères thermoplastiques. L'impact du phénomène de percolation dynamique sur les propriétés électriques d.c. et a.c. des nanocomposites a ainsi été étudié par l'établissement d'inter-relations entre l'organisation des charges et les propriétés résultantes. L'effet de cette auto-organisation des systèmes sur les paramètres critiques d.c. de la loi de percolation statistique sont discutés. Des origines à la percolation dynamique sont proposées et permettent d'envisager de nombreuses applications industrielles. A titre d'exemple, le contrôle sur plusieurs ordres de grandeur de la permittivité et de la conductivité est proposé, certaines valeurs n'étant pas accessibles avec les méthodes conventionnelles.The present thesis proposes a multi-scale understanding of some mechanisms that govern the genesis of percolating networks constituted with carbon nanotubes in thermoplastic polymers. The effect of "dynamic percolation" on the d.c. and a.c. electrical properties of the resulting nanocomposites was studied by means of the identification of the relationships between the filler organization and the use properties. The consequences of this controlled self-organization on the statistic percolation law d.c. critical parameters are discussed. Two possible origins of the dynamic percolation are proposed. From an applicative point of view, thermal treatments were applied to design new materials. The range of accessible permittivity and conductivity values is also discussed.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Effect of filler auto-assembly on percolation transition in carbon nanotube/polymer composites

International audienc

Comprendre la structuration des charges au sein de matrices liquides par des mesures électriques et diélectriques

National audienc

CNT aggregation mechanisms probed by electrical and dielectric measurements

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Effet d'échelle et de chimie sur la percolation de charges carbonées dans des matrices isolantes : compréhension et conséquences

National audienc

Optimization and control of dynamic percolationin nanostructured silicon oils

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