Note publique d'information : L'objectif de ces travaux de thèse a été de démontrer la possibilité, en se basant
sur une approche prédictive, de contrôler avec précision la fonctionnalisation d'un
matériau composite, d'isotrope à anisotrope, sous l'application d'un champ électrique.
Ces derniers matériaux présentent en effet un fort potentiel pour des applications
futures telles que des condensateurs intégrés ou bien encore des composites conducteurs
thermiques. Une première approche théorique des différentes forces et mécanismes entrant
en jeux lors de l'élaboration de composites anisotropes par chaînage a permis d'identifier
les paramètres impactant le procédé d'élaboration. A la suite de cette étude théorique,
un modèle de formation de chaînes de particules sous champ électrique a été développé
afin de prédire la dynamique de chaînage. Le modèle choisi (méthode moment dipolaire
effectif) a permis la simulation de plus de 4500 particules. Les paramètres ayant
au préalable été identifiés ont ensuite été mesurés. Pour la permittivité des particules,
une méthode de mesure diélectrophorétique a été développée, ce qui est une première
dans le cas de particules céramiques. L'élaboration des composites anisotropes a été
couplé avec un suivi novateur, en temps réel, d'un marqueur (permittivité) de la formation
de chaînes, permettant d'obtenir la dynamique de structuration des particules. Afin
de valider l'aspect prédictif du modèle numérique, une comparaison a été effectuée
entre la dynamique mesurée et simulée. Les résultats obtenus ont démontré une très
bonne fiabilité des prédictions du modèle, même si des progrès sont encore réalisables
aux faibles taux de chargement. Dans un dernier temps, une preuve de concept a été
démontrée, de la réalisation de composites anisotropes dont les particules sont alignées
perpendiculairement au champ électrique.
Note publique d'information : This study was aimed to demonstrate the possibility, based on a predictive approach,
to tailor the structure of a composite from isotropic to anisotropic when applying
an electric field. This composites have great potential for future applications such
as embed capacitors or thermally conductive composites. A theoretical approach of
the forces and mechanisms acting in the elaboration of anisotropic composites by chaining
allowed identifying the key parameters. Based on this approach a model of particle
chaining under electric field was established to predict the structuration dynamics.
This model (effective dipole moment) allowed simulating more than 4500 particles.
The parameters previously identified were then measured, and for the particle permittivity,
a dielectrophoretic measurement method was developed, which was a first for ceramic
particles. The elaboration of anisotropic composites was coupled to a novel on-line
monitoring of a chaining marker (permittivity), allowing to obtain the structuration
dynamics. To validate the predictive aspect of the model, experimental and numerical
dynamics were compared showing the robustness and accuracy of the model, even if improvement
is still possible at low filler content. In the last part, a proof of concept was
demonstrated of the elaboration of anisotropic composites with fillers oriented normally
to the direction of the electric field.
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