Note publique d'information : La recherche permanente de l'intégration et/ou du fonctionnement dans des régions
chaudes des dispositifs électroniques de puissance se traduit par une augmentation
du niveau des contraintes électriques et thermiques imposées à tous leurs constituants.
Cela concerne en particulier les constituants des modules de puissance et des machines
tournantes à haute température. Suite à une étude bibliographique qui a permis d'analyser
les différentes structures d'isolations pouvant être adaptées à un fonctionnement
à haute température (>200°C), il ressort en particulier un besoin en couches diélectriques
minces afin d'isoler les différentes parties des module de puissance et des machines
tournantes. Les polyimides, matériaux polymères thermostables, bien qu'ils soient
de bons candidats pour ce type d'applications présentent cependant des limites d'un
point de vue électrique lorsqu'ils sont utilisés dans cette gamme de températures
élevées. L'introduction de nanoparticules inorganiques dans la matrice polyimide,
peut être une solution pour renforcer les propriétés diélectriques. La disponibilité
de nouvelles nanoparticules permet d'envisager des performances accrues des matériaux
jusqu'à 400 °C sous fort champ. Durant cette thèse, de nouveaux nanocomposites polyimide/nitrure
de bore (PI/BN) ont été élaborés et leurs propriétés diélectriques ont été étudiées
particulièrement dans la gamme 200 °C à 350 °C. En particulier, l'étude de l'influence
de la taille des nanoparticules de BN (entre 40 nm et 250 nm) a été étudiée. De nombreuses
améliorations ont été apportées au niveau du procédé d'élaboration des nanocomposites
PI/BN, notamment pour lutter contre la formation d'agglomérats dans la matrice limitant
les performances des propriétés diélectriques sous fort champ électrique. Les améliorations
de ces dernières comparées au PI non chargé se traduisent au niveau des pertes diélectriques,
des courants de conductions et de la conductivité électrique par une diminution de
l'ordre de 2 à 4 décades dans la gamme de températures considérées. De plus, le champ
de claquage comparé au polyimide non chargé a été multiplié par deux à 350°C dans
le cas d'un des nanocomposites élaborés. Finalement une analyse des différents mécanismes
physiques de conduction électrique impliqués dans cette amélioration a été réalisée.
Note publique d'information : The advanced research for warm regions integration and/or operation in power electronics,
results in an increased level of electrical and thermal stresses imposed on all their
constituents. This concerns, in particular, the components of the power modules and
high temperature rotating machines. In literature a thin dielectric layer for the
high temperature (> 200 °C) isolation of different parts in power modules and rotating
machines is missing. Polyimides, thermosetting polymer materials, are good candidates
for this type of applications; however in this range of temperatures, these are limited
from an electrical point of view. The introduction of inorganic nanoparticles in the
polyimide matrix can be a solution to enhance its dielectric properties. The availability
of new nanoparticles allows the fabrication of increased performance nanocomposites
with high electric field and high temperature (up to 400 °C) performances. In this
thesis, novel polyimide/boron nitride (PI/BN) nanocomposites have been prepared. Their
dielectric properties were studied particularly in the range from 200 °C to 350 °C.
Also, the influence of the size of the nanoparticles of BN (between 40 nm and 250
nm) has been studied. It's known that the presence of agglomerates in the nanocomposites
limits the dielectric properties under high electric field; many improvements have
been made in this direction to ameliorate the fabrication process. Dielectric losses,
conduction currents and electrical conductivity improvements have been obtained in
the nanocomposites compared to the neat matrix: a 2 to 4 decades reduction has been
measured in the considered temperature range. Furthermore, the breakdown field resulted
doubled at 350 °C for nanocomposites. Finally an analysis of the various physical
mechanisms involved in the electrical conduction improvement was realised.
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