Nouveaux polymères piézoélectriques
2007/12/01 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
La piézoélectricité --électricité par pression, est la polarisation électrique qui est produite dans un matériau par une tension mécanique grecque. Ce phénomène est connu comme effet direct ou effet générateur et est principalement utilisé dans la fabrication de capteurs (microphones, capteurs à ultrasons, etc. ). ). Mais le contraire se produit également avec les matériaux piézoélectriques, c'est-à-dire l'effet inverse ou l'effet moteur : une charge électrique produit la déformation mécanique du matériau. Par conséquent, les matériaux piézoélectriques sont également utilisés dans les actionneurs. Ils sont très utiles, par exemple, dans les cas où des mouvements de grande précision sont nécessaires, car par signaux électriques on peut contrôler la déformation des matériaux piézoélectriques avec précision micrométrique.
La piézoélectricité a été découverte par les frères Curie en 1880. Certains cristaux, comme le quartz, ont montré un effet piézoélectrique direct. Cependant, jusqu'au début de la Première Guerre mondiale, aucune application pratique n'a été donnée à la piézoélectricité. À cette époque, le physicien français Paul Langevin développa le sonar de détection de sous-marins par ultrasons en utilisant le quartz comme matériel piézoélectrique.
L'utilisation réussie de la piézoélectricité à Sonar a donné une grande impulsion à la recherche sur les matériaux piézoélectriques. Et dès lors, ils ont commencé à trouver de nouveaux matériaux et applications.
Au cours des quatre dernières décennies ont été utilisés comme matériau piézoélectrique céramiques de type perovskite (formé par le titanate de zirconium et de plomb), en particulier dans les applications acoustiques. Pour ses caractéristiques sont aptes à cela et ont été utilisés avec succès pour beaucoup d'autres choses. Cependant, les céramiques piézoélectriques présentent des inconvénients tels que la faible déformation, la fragilité et la haute densité de masse. Ils ne sont donc pas adaptés aux secteurs tels que l'aéronautique ou l'électrique-électronique. Ces limitations peuvent être surmontées dans des applications spécifiques en remplaçant des matériaux céramiques par des matériaux piézoélectriques polymères.
Certains polymères piézoélectriques pouvaient être connus depuis les années 20, mais jusqu'aux années 60 ils n'avaient pas beaucoup d'attention. Fukada et ses compagnons ont alors découvert qu'en exerçant une force mécanique sur les films arrondis de polypeptide et d'autres polymères, une charge électrique était produite sur leurs surfaces. Plus tard, Kawai a découvert en 1969 la capacité piézoélectrique du polyfluorure de vinylidène (PVDF). Cela a été une grande avancée, puisque l'effet piézoélectrique observé dans le PVDF était dix fois supérieur à celui observé dans tout autre polymère.
Les polymères piézoélectriques sont beaucoup plus flexibles que les céramiques, ne se cassent pas, sont plus légers et sont beaucoup plus adaptables. En outre, ils ont de meilleures propriétés pour la fonction de capteur. Actuellement, des polymères piézoélectriques sont utilisés dans les équipements médicaux, robotique, électronique et capteurs, entre autres.
Mais le seul polymère piézoélectrique existant actuellement sur le marché est ce polyfluorure de vinylidène de 1969 --et ses copolymères -. Il s'agit d'un polymère semi-cristallin aux propriétés piézoélectriques très bonnes comme indiqué précédemment, mais qui ne supporte pas des températures supérieures à 90ºC. A partir de cette température, il perd la propriété piézoélectrique. Ainsi, les chercheurs tentent de synthétiser de nouveaux polymères piézoélectriques capables de maintenir leurs propriétés à des températures plus élevées afin que les polymères piézoélectriques aient plus d'applications.
Piézoélectricité à haute température
Le département des plastiques et composites de GAIKER-IK4 travaille depuis plusieurs années dans ce domaine. Les recherches menées en collaboration avec le département de chimie physique de l'UPV ont conduit à la création de nouveaux polymères piézoélectriques. Ils ont également déposé un brevet auprès de l'Office espagnol des brevets et des marques.
Ils ont créé des polymères piézoélectriques amorphes capables de résister à des températures supérieures à celles des polymères semi-cristallins. Après avoir testé différents matériaux, il a finalement opté pour l'utilisation de polyimide, pour ses excellentes propriétés thermiques, mécaniques et diélectriques. Ces molécules ont introduit plusieurs groupes dipolaires (-CN, -SO 2 -, -CF 3 ), modifiant leur nombre et leur position pour modéliser leurs propriétés physiques et donc leurs propriétés piézoélectriques.
D'autre part, pour ces polyimides, la valeur de la température de transition vitrée est essentielle, car elle détermine à quelle température les propriétés piézoélectriques sont perdues. Les polyimides piézoélectriques maintiennent une stabilité piézoélectrique jusqu'à 150 °C et ne commencent pas à se dégrader jusqu'à dépasser des températures supérieures à 400 °C. Par conséquent, les polyimides piézoélectriques peuvent être appropriés pour utiliser des polymères dans des conditions jusqu'ici inutilisées.
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