Note publique d'information : Ce travail consiste en la synthèse de réseaux interpénétrés de polymères (RIP) contenant
un polymère conducteur. Les RIPs sont utilisés dans cette étude pour résoudre les
problèmes d'interface et d'adhésion rencontrés dans le cas des actionneurs multicouches.
Les RIPs synthétisés sont constitués d'un réseau poly(oxyde d'éthylène) et d'un réseau
polybutadiène dans lesquels le polymère conducteur poly(3,4-éthylènedioxythiophène),
PEDOT, est dispersé sous forme de gradient, c'est-à-dire dont la quantité décroît
des faces extérieures vers le cœur du film. La morphologie des RIPs et des RIPs conducteurs
a été étudiée par Analyse Mécanique Dynamique (DMA) et par microscopie électronique
à transmission (MET). Le choix de l'électrolyte polymère est critique dans le cas
de dispositif fonctionnant à l'air. Des solutions aqueuses ou des solvants organiques
ont tout d'abord été utilisés, mais le processus d'évaporation n'a pas pu être évité.
Les résultats les plus prometteurs ont été obtenus en utilisant un liquide ionique
à température ambiante, le 1-éthyl-3-méthylimidazolium bis-(trifluorométhylsulfonyl)imide
(EMImTFSI). Les actionneurs ainsi synthétisés ont pu réaliser plus de 7.106 mouvements
à des fréquences variant de 0,1 à 10 Hz pour des potentiels appliqués de 2 à 5 V.
Dans le but de comprendre les mécanismes mis en jeu lors du processus redox du PEDOT
dans EMImTFSI, des études électrochimiques d'électrodes modifiées par du PEDOT ont
été menées dans le liquide ionique. Les mécanismes de transferts ioniques ont pu être
identifiés. Les résultats ont montré que le cation 1-éthyl-3-méthylimidazolium (EMIm+)
était l'espèce échangée durant le processus redox. Dans ce cas, une diminution de
volume du polymère conducteur est bien observée lors de l'étude de l'actionneur. Enfin,
l'anion bis((trifluoromethyl)sulfonyl)imide (TFSI-) peut être vu comme un ion immobile
piégé dans le film de PEDOT. De plus, les cinétiques de relaxation du PEDOT électrodéposé
ont été étudiées dans EMImTFSI lors de l'application de saut de potentiel de large
amplitude. L'influence du potentiel appliqué et de l'épaisseur du film de PEDOT ont
été analysés au moyen d'une approche phénoménologique et ont permis de déterminer
les caractéristiques cinétiques de ces systèmes. Finalement, des études par sollicitation
galvanostatiques nous ont permis de montrer que ces actionneurs électrochimiques se
comportaient comme un supercondensateur de type I. Une analyse détaillée des cinétiques
de charge/décharge a mis en évidence une corrélation linéaire entre la réponse électrique
de l'actionneur (évolution du potentiel en fonction du temps) et la réponse mécanique
du système (évolution de la courbure en fonction du temps).
Note publique d'information : The present work deals with the synthesis of interpenetrating polymer network (IPN)
based on conducting polymer. An IPN is used in order to solve the interface and adhesion
problems encountered with the multilayered based actuators. The IPNs are synthesized
between poly(ethylene oxide) and polybutadiene networks in which the conducting polymer
(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT, is gradually dispersed i.e. the content
decreases from the outside towards the center of the film. The IPN and conducting
IPN morphologies were investigated by DMA and microscopy. The choice of solid polymer
electrolyte system is critical when operating in air. Aqueous solution or organic
solvents containing electrolytes were first used, but drying process could not be
prevented. The most promising results are obtained with a room temperature ionic liquid,
1-ethyl-3-methylimidazolium bis-(trifluoromethylsulfonyl)imide (EMITFSI). These actuators
can achieve more than 7 106 bendings from 1 to 18 Hz under an applied potential in
the range of 2 to 5 V. In order to understand the mechanisms involved during the redox
switching of PEDOT in EMITFSI, electrochemical studies of electrodeposited PEDOT were
carried out in this ionic liquid. The ions transfer mechanisms were identified. Results
indicated that 1-ethyl-3-methylimidazolium cation was the exchanged species during
the oxidation. In this case, a volume decrease of the conducting IPN was observed
during the oxidation process. Then, bis((trifluoromethyl)sulfonyl)imide anion could
be viewed as immobile ions trapped in the polymer film. Moreover, the relaxation kinetics
of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) electrodeposited on platinum electrode
surface were studied in the room temperature ionic liquid, EMITFSI, by means of large
amplitude potential step experiments. The influence of the applied potential and the
film thickness were analyzed. We have developed a kinetic model allowing the determination
of the kinetic features. Finally, galvanostatic studies allow us to show that these
conducting IPN actuators behave as a type I supercapacitor. A detailed analysis of
the charging/discharging kinetics indicated that a linear correlation was shown between
the electrical response (potential versus time) and the mechanical response (bending
of the actuator).
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