Electroactive polymers

A l’heure actuelle les actionneurs polymères recherchent leur voie ! Ils deviennent performants mais ne sont pas pour autant utilisés dans des dispositifs ou associés à des systèmes complets. L’Institut d'Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN UMR-8520) tente de réaliser des démonstrateurs capables d’exploiter les spécificités de tels matériaux pour de futurs produits innovants. Le champ d’utilisation de ces matériaux multifonctionnels à une échelle micrométrique est vaste et laisse espérer des développements dans le monde industriel à court terme.

Les originalités du matériau électro-actif que nous avons développé (réseaux interpénétrés de polymères - RIPs) sont multiples : la conception par interpénétration des chaînes macromoléculaires est innovante, des électrodes interpénétrées à la matrice de base empêchent toute délamination de ces dernières même sous très forte déformation ce qui en soit est une avancée énorme quand l’on sait les difficultés que rencontre les chercheurs à associer des électrodes à un polymère.

Résultats majeurs

Le micro-transducteur fonctionne sous air, sous vide mais aussi en milieu liquide, il est biocompatible, il fonctionne aussi à basse tension (2V), et enfin c’est un actionneur autosupporté et souple. De plus, dans sa catégorie il s’agit du micro-transducteur le plus rapide au monde fonctionnant à des fréquences supérieures à 500 Hz.

Il est aussi considéré du fait de ces propriétés comme étant l’équivalent d’un muscle artificiel. Les capacités d’actionnement des RIPs sont validées. Cette étape démontrera l’aspect multifonctionnel de ce matériau. Par ailleurs, ce micro-transducteur souple est intégré de façon privilégiée dans des structures ou des microsystèmes souples.

Figure 2.1 : Principe de fonctionnement des actionneurs tricouches utilisables à l’air libre en flexion : en jaune la matrice hôte réservoir de liquide ionique et en bleu les électrodes en PEDOT interpénétrées dans la matrice hôte. Image de la réponse du micro-actionneur soumis à une tension électrique de 2V.

Figure 2.2 : Micro-actionneurs intégrés à base de polymères ioniques-électroactifs, (a) Multi-capteurs parallélisés ou microactionneurs fonctionnant indépendamment les uns des autres, couplage actionneur/capteur, (b) Micro-pinces à 3 doigts, 2 comme actionneurs et un doigt comme capteur.

Articles principaux

[1] K. Rohtlaid, G. T. M. Nguyen, C. Soyer, E. Cattan, F. Vidal, C. Plesse, Adv. Electron. Mater. 5, 4 (2019) 1800948, 11 pages doi: 10.1002/aelm.201800948
[2] A. Khaldi, A. Maziz, C. Plesse, C. Soyer, F. Vidal, E. Cattan, Sens. Actuator B Chem. 229 (2016), 635-645 doi: 10.1016/j.snb.2016.02.009 
[3] A. Maziz, C. Plesse, C. Soyer, E. Cattan, F. Vidal, ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 3 (2016) 1559-1564 doi: 10.1021/acsami.5b09577 
[4] A. Maziz, C. Plesse, C. Soyer, C. Chevrot, D. Teyssie, E. Cattan, F. Vidal, Adv. Funct. Mater. 24, 30 (2014) 4851-4859 doi: 10.1002/adfm.201400373
[5] A. Khaldi, C. Plesse, C. Soyer, E. Cattan, F. Vidal, C. Legrand, D. Tessie, Appl. Phys. Lett. 98, 16 (2011) 164101-1-3 doi: 10.1063/1.3581893 

Collaborations scientifiques et industrielles

  • Equipe de J Madden University of British Columbia (Vancouver) 
  • Equipe de Alvo Abloo Université de Tartu (Estonie)
  • Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles
  • Laboratoire de Physicochimie des Polymères et des Interfaces (Gergy-Pontoise)
  • Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique (Lille)
  • Start up Robeauté
  • Oticon

Responsables

Eric CATTAN (@email), Sofiane GHENNA (@email)