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« Développement de nouveaux matériaux polymères pour micro-capteurs de vibrations ».

Auteur : A. Kachroudi
Directeur de thèse : S. Basrour
Co-directeur de thèse : F. Jomni
Président du jury : A. Sylvestre
Rapporteur(s) de thèse : E. Defaÿ, F. Najar,
Examinateur(s) de thèse : M. Lallart,
These de Doctorat Université Grenoble Alpes
Spécialité : Nanoélectronique et Nanotechnologies
Soutenance : 14/12/2016
ISBN : 978-2-11-129221-5

Résumé

L'exploitation des matériaux piézoélectriques dans des micro-capteurs de vibrations mécaniques ont été une alternative prometteuse pour avoir accès à certaines grandeurs physiques (accélération, force, déplacement...etc). Toutefois, la rigidité des matériaux céramiques et semi-conducteurs constitue une limite pour leur inté-gration dans des capteurs pour les faibles fréquences ou faisant l'objet de grandes déformations. Le but de cette thèse est de développer de nouveaux matériaux de type piézo-électrets souples à base de polydiméthylsiloxane (PDMS). Tout d'abord, une phase de conception basée sur des simulations analytiques ont permis de xer les paramètres géométriques des structures permettant d'optimiser la gure de mérite des micro-capteurs. Cette phase est suivie par l'étape de microfabrication basée sur le procédé de moulage. Les structures obtenues sont chargées par contact direct pour pouvoir implanter les charges dans les micro-cavités et assurer le comportement piézoélectrique. Le seconde étape concerne les caractérisations piézoélectriques des matériaux ainsi obtenus. Les piézo-électrets à base de PDMS que nous avons conçus présentent des c÷‑cients piézoélectriques longitudinaux élevés qui sont de 350pC/N en pié-zoélectricité indirecte et de 430pC/N pour la piézoélectricité directe. Par ailleurs, nous avons montré que ces matériaux maintiennent leur piézoélectricité sur une large gamme de température [−25C,85C]. Enn, un prototype de capteur intégrant ces piézo-électrets a été conçu, fabriqué et caractérisé. En excitation inertielle (0.1g), il présente une sensibilité constante de 385mV/g pour des fréquences de 5Hz à 200Hz. En mode récupérateur d'énergie, ce prototype a fourni aussi une densité de puissance constante de 1.3nW/mm3 constante sur la même plage de fréquences.

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