+ 2007 et 2010 Polymères nanocomposites électroactifs pour le micro-actionnement et la détection magnétique , pour une technologie plus économe et plus compétitive pour la fabrication de micro systèmes électromagnétiques

POLYMEMS

Porteur du projet

Benoit Guiffard LGEF (Polymems 1) - Jean-Marc Chenal MATEIS (Polymems 2) INSA de Lyon

jean-marc.chenal@nullinsa-lyon.fr

Laboratoire(s) membre(s)

Le projet POLYMEMS 1 s'est conduit avec le laboratoire LGEF INSA de Lyon

Axe(s) de recherches

Le projet POLYMEMS 1 consiste à proposer une alternative compétitive et bas coût à la technologie de fabrication de MEMS avec des éléments céramiques. Son objectif est de substituer le film céramique par un film polymère nanocomposite électroactif, présentant des grandes déformations et forces d'actionnement sous champ électrique modéré grâce à l'incorporation dans la matrice polymère de nano-objets (charge) conducteurs ou semi-conducteurs. De plus, pour des applications plus spécifiques de détection de champ magnétique, la charge du film polymère par des nano-objets magnétiques sera également étudiée, de manière à induire un effet magnétoélectrique. Idéalement, il serait très intéressant de réaliser un matériau multifonctionnel, sensible à la fois à une stimulation magnétique (propriétés de détection et/ou de récupération d’énergie par couplage magnétoélectrique et d’actionnement par couplage magnéto-mécanique) et à une stimulation électrique (propriété d’actionnement par couplage électro-mécanique). Cette dernière propriété pourrait être améliorée par l’utilisation de polymères électroactifs à grande déformation d’origine électrostrictive. Du point de vue du procédé et quelle que soit l’application visée (actionnement et/ou détection), la préparation de MEMS intégrant le film nanocomposite devrait être grandement simplifiée par le coulage direct du polymère sur le substrat de Si vers 70°C. La comparaison des performances d'actuation mécanique et/ou détection magnétique d'un démonstrateur avec un polymère chargé ou avec un film céramique permettra de conclure sur la viabilité industrielle de la technologie proposée.

Les objectifs du projet Polymems 2, s’inscrivent naturellement dans la continuité du projet Polymems 1. Ce dernier
présentait clairement un caractère exploratoire dont les résultats ont permis de conclure sur la faisabilité et les performances à optimiser pour élaborer un micro-système électroactif performant à base de nanocomposite polymère.

Les principaux résultats à l’issue de POLYMEMS 1 sont rappelés ci-dessous :
- l’obtention d’un composite polymère électroactif (PU/SiC@C) performant et homogène à 0.1 Hz.
- Le dépôt et l’adhésion directs du film composite sur le silicium
- Le dépôt des électrodes et le micro-usinage du micro-système final
- La conversion électro-mécanique du démonstrateur présentait un faible niveau de déflection

En conséquence, deux objectifs principaux motivent Polymems 2. Le premier réside dans la diminution de la tension appliquée sur le micro-système tout en maintenant un niveau de déformation du composite optimal. En d’autres termes, il s’agit d’augmenter le rapport déformation/champ électrique (S/E). Le second consiste à préparer un micro-système avec le nouveau film nanocomposite (répondant aux préconisations du premier objectif) conservant le même procédé de dépôt direct sur le substrat de Silicium. L’objectif global du projet Polymems 2 est la réalisation d’un micro-actionneur à base de composite polymère, à grande gamme de déflection sous basse tension (<50V) et dans une bande de fréquence suffisamment large.

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