Soutenance de thèse : Chloé MELIN

Paramètres gouvernant les propriétés piézoélectriques du PVDF

Doctorante : Chloé MELIN

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

Cette thèse étudie les effets du recuit thermique, de l’incorporation de PLA et de l’électrofilage sur la structure cristalline, la fraction de phaseβet les propriétés piézoélectriques des matériaux à base de PVDF. L’étude montre que la haute performance piézoélectrique dépend non seulement de la fraction de phaseβ, mais aussi de la taille des cristallites, de l’orientation des chaînes et du champ électrique effectif lors du poling. Des traitements de recuit ont été réalisés à des températures proches et éloignées du pic de cristallisation avant étirage et poling. La taille des cristallites, le degré de cristallinité et la fraction de phaseβont été caractérisés avant et après étirage, tandis que les propriétés piézoélectriques (d33) ont été mesurées après poling. Le recuit a augmenté la taille des cristallites et le degré de cristallinité, avec un effet maximal pour les échantillons recuits à l’état fondu près de la température de cristallisation. Après étirage, les fractions de phaseβétaient similaires pour les échantillons recuits et non recuits, mais les échantillons recuits conservaient des lamelles plus épaisses. Tous les échantillons ont montré des valeurs de d₃₃comparables, sauf celui recuit près du pic de cristallisation, dont le d33 a diminué de 23 à 30 % en raison de la taille cristalline plus grande et de l’orientation réduite des chaînes, limitant l’efficacité du poling. Le PVDF a été mélangé par fusion avec 5 % et 40 % de PLA pour obtenir des morphologies perlées et co-continues. Le degré de cristallinité du PVDF est resté inchangé, tandis que la fraction de phaseβa diminué fortement à 40 % de PLA. Après poling, l’échantillon perlé PVDF/PLA a présenté un d33 inférieur de 34 à 45 % par rapport au PVDF pur, dû à la différence de permittivité entre PVDF et PLA, réduisant le champ électrique effectif. Le mélange co-continu n’a montré aucune réponse piézoélectrique, la phaseαétant majoritaire. L’électrofilage du PVDF a favorisé une forte teneur en phaseβet une meilleure orientation des chaînes grâce au fort étirement du procédé, conduisant à un d33 30 % supérieur à celui du film étiré. Une étape de poling restait nécessaire. L'incorporation de 5% de PLA dans du PVDF électrofilé a complètement supprimé la piézoélectricité, probablement due à de très petits domaines PLA qui ont réduit le champ électrique local dans le PVDF, ont empêché l'orientation correcte des chaînes et lamelles PVDF lors de l'étirage, et ont fortement augmenté la surface interfaciale PVDF/PLA, favorisant des interactions qui ont entravé la rotation des chaînes lors du poling. Ce travail montre que l’obtention de hautes performances piézoélectriques dans les systèmes PVDF nécessite non seulement une forte fraction de phaseβ, mais aussi un contrôle précis de la taille cristalline, de l’orientation des chaînes et de la distribution du champ électrique lors du poling. Mots clés: PVDF, Piezoelectricité, Recuit, PLA, Electrofilage.