Flexoélectricité dans les polymères conjugués souples – Flex-SCO

Le projet traite de l’étude expérimentale et théorique de la récupération d’énergie mécanique ambiante avec des films polymères pseudo-flexoélectriques. L’effet flexoélectrique correspond à une polarisation électrique induite par un gradient de déformation. Cet effet est supposé exalté avec des composés flexibles comme des polymères souples, capables de supporter de très grandes courbures. Toutefois, ce couplage actuellement peu étudié reste faible par rapport à l’effet piézoélectrique présent dans certains films polymère. L’objectif de Flex-SCO est de développer des films tout organiques avec des coefficients flexoélectriques jusqu’à 1000 fois supérieurs à ceux actuellement mesurés et de proposer ainsi une alternative aux matériaux piézoélectriques. La méthodologie consiste à utiliser des polymères/molécules conjugués semi-conducteurs, présentant une grande polarisabilité. Ainsi, l’objectif est d’augmenter les polarisations interfaciale et ionique dans les films polymères pour induire des mouvements dipolaires et du transport de charge (cad variations importantes de polarisation) sous gradient de déformation. La combinaison des 2 fonctionnalités-flexibilité et flexoélectricité exaltée-permettrait l’utilisation de ces films dans des applications de récupération de micro-énergie dans la gamme du µW au mW et issue de sources différentes (flux d’air, pression,…). Ainsi, les récupérateurs d’énergie à base de polymère flexoélectrique pourraient contribuer à l’auto-alimentation des capteurs basse consommation déployés pour des applications IoT.
Le programme de travail est divisé en 4 tâches principales (Lot).
Le 1er Lot traite de la coordination du projet et de la dissémination des résultats.
Le deuxième Lot a pour but de développer les structures polymères avec les coefficients flexo les plus élevés, tout en maintenant une bonne flexibilité des films et une facilité d’élaboration par des méthodes conventionnelles telles que l’électrodéposition, dépôt par rotation ou par raclage. En se basant sur les résultats préliminaires des partenaires et de publications récentes, 3 voies d’étude sur les matériaux conjugués ont été identifiées : (1) modifications structurales des systèmes, (2) systèmes polyélectrolyte et (3) polymères diélectriques avec des groupes pendants conjugués.
Le 3eme Lot vise à obtenir de l’information sur la structure et les propriétés des films, et le développement des dispositifs démonstrateurs basé sur ces connaissances. Les propriétés structurales, diélectriques et flexoélectriques des films de polymère seront étudiées en vue de sélectionner les compositions présentant les coefficients flexoélectriques les plus élevés et selon leur aptitude à la récupération d’énergie (Figure de Mérite). L’influence de l’épaisseur (0.5 – 100 µm) des films sur les propriétés sera aussi évaluée, ainsi que le type de configuration d’électrode.
Le Lot 4 est dédié à la réalisation et l’évaluation de convertisseurs d’énergie vibratoire à base de polymères flexoélectriques. Différent types de dispositifs-démonstrateurs seront étudiés en fonction de l’excitation mécanique (vibrations forcées, flux d’air, pression acoustique,…) et la densité de puissance électrique récupérée sera mesurée. Le design et le montage de bancs de test spécifiques (mesures en soufflerie) seront réalisés pour valider les modèles mécano-électriques et identifier la configuration optimale du générateur flexoélectrique.