Nanocomposites à propriétés piézoélectriques et optiques – NANO-POP

Le développement de nouveaux capteurs, transducteurs et de dispositifs intégrés optoélectroniques et piézo-électriques nécessite l'élaboration de nouveaux matériaux avec des propriétés mécaniques, optiques et électriques couplées. L'objectif de ce projet est de développer une nouvelle génération de matériaux nanocomposites présentant de tels couplages. À ce jour, certains cristaux comme le niobate de lithium, possèdent, dans une certaine mesure, ces caractéristiques. Néanmoins, le coût et la difficulté de micro-structuration de ces matériaux limitent fortement leur champ d'application. Dans ce projet, nous envisageons de développer des matériaux nanocomposites à base de nanocristaux inorganiques insérés dans une matrice polymère, afin d’obtenir des propriétés piézoélectriques et optiques non-linéaires. La taille nanométrique des cristaux est supposée conduire, d'une part, à de nouvelles propriétés qui ne peuvent être envisagées avec des cristaux massifs (ou des cristaux de taille micrométrique) telles que la transparence, de nouvelles propriétés acoustiques, une augmentation de la réponse piézoélectrique et une contribution particulière des effets de surface sur les propriétés optiques et mécaniques. D'autre part, la matrice polymère sera choisie pour sa simplicité d'utilisation et de production, son coût relativement faible, sa versatilité et sa facilité de mise en forme. Pour atteindre cet objectif, une dispersion homogène des nanoparticules (piézoélectriques et optiques non linéaires) dans la matrice polymère doit être réalisée par des techniques physico-chimiques développées dans le projet. Pour cela, l'utilisation de deux types de nanomatériaux est envisagée. Le premier est le niobate de lithium (LiNbO3), qui a été très récemment synthétisé sous forme cristalline avec une taille nanométrique strictement contrôlée (SRSMC). Son équivalent massif présente les propriétés requises en terme de piézoélectricité et d’optique non linéaire. Il est donc attendu que la forme nanocristalline pourrait encore renforcer ces effets. Le deuxième cristal d'intérêt est l’iodate de fer (Fe(IO3)3). Comme LiNbO3, il a récemment été synthétisé dans un laboratoire du consortium (SYMME) par un procédé bas coût. De plus, la réponse optique non linéaire du matériau est comparable à celle des cristaux les plus efficaces tels que BaB2O4 et LiNbO3. La structure cristalline de l’iodate de fer permet aussi d’envisager des propriétés piézoélectriques. Dans le cadre de l’AAP PNANO 2008, le projet NANO-POP est un projet de type recherche industrielle avec Schneider Electric et Piezotech comme partenaires industriels. Il est aussi labellisé et soutenu par les pôles de compétitivité français PLASTIPOLIS depuis 2007, et MATERALIA depuis 2008.