Authors: Mario Piedrahita‐Bello
Source: Thèses en ligne de l'Université Toulouse III (Université Toulouse III) (preprint, 2020-12-04)
Field: Materials Science — Electronic, Optical and Magnetic Materials

Fabrication de nanocomposites et dispositifs à transition de spin pour des applications électromécaniques Afin d'exploiter le potentiel synergique du changement de volume qui se produit au sein de matériaux à transition de spin (TS), des matériaux polymères composites à TS ont été &#13;\nfabriqués en développant une ingénierie moléculaire et en s'appuyant sur les nanosciences. Ces matériaux ont été conçus avec deux applications en tête : la récupération &#13;\nd'énergie thermique et les muscles artificiels. Concernant les applications de récupération d'énergie thermique, une série de matériaux composites SCO@P(VDF-TrFE) a été &#13;\nélaborée. Le changement de volume associé au phénomène de transition de spin active la matrice de copolymère piézoélectrique P(VDF-TrFE) lors d'un stimulus thermiquement. Cela conduit à une décharge de courant aux températures de transition de spin, montrant un effet synergique entre la matrice polymère piézoélectrique et le matériau à TS. Ces matériaux peuvent ainsi être utilisés pour récupérer une énergie électrique à partir de faibles variations thermiques autour de la température de transition de spin. Concernant la fabrication de matériaux pour le développement de muscles artificiels, une approche bicouche a été utilisée pour amplifier l'effet du changement de volume associé au phénomène de TS. Deux stratégies différentes ont été utilisées pour obtenir ces matériaux bicouches : l'impression 3D et le dépôt par évaporation de solvant. Les techniques d'impression 3D ont permis la fabrication reproductible de composites avec un contrôle très élevé de leur morphologie, nous permettant d'obtenir des géométries jamais vues auparavant pour ce type de matériaux. Ainsi, des actionneurs bicouches activés thermiquement ont été fabriqués avec succès et leurs propriétés mécaniques se sont avérées compétitives par rapport aux autres matériaux du domaine des actionneurs artificiels souples. Les techniques d'évaporation du solvant nous ont permis d'obtenir des actionneurs bicouches à transition de spin conducteurs. Ces actionneurs ont été optimisés grâce à la conception de matériaux intelligents par l'inclusion et l'organisation de nanoobjets à transition de spin anisotropes. Ces dispositifs, activés électriquement par effet Joule, sont hautement contrôlables et leur fonctionnement en boucle fermée a montré qu'ils sont &#13;\ntrès robustes, précis et performant. Un dispositif de préhension a ainsi été fabriqué, montrant la possibilité d'application de ces matériaux dans le domaine de la robotique. Finalement, nous avons réussi à fabriquer des matériaux composites qui exploitent le changement de volume des complexes à transition de spin et qui pourraient être utilisés au sein de dispositifs électromécaniques. Materials science ; Fabrication ; Nanocomposite ; Bilayer ; Piezoelectricity ; Joule heating ; Spin crossover ; Actuator ; Composite material ; Casting ; Nanotechnology ; Electrical engineering Magnetism in coordination complexes ; Conducting polymers and applications ; Organic Light-Emitting Diodes Research