Yara ACETA : Polymères flexoélectriques conjugués pour la conversion d’énergie mécanique

Postdoctorat financé par la cellule "ENERGIE" du CNRS

Laboratoires d'accueil : IETR (Benoit Guiffard) et MOLTECH-Anjou (Pierre Frère)

Dans le domaine de la récupération de micro-énergie mécanique ambiante (gamme du µW au mW), de nombreuses études portent sur les vibrations dont l’énergie est généralement récupérée par des matériaux piézoélectriques en raison de leur aptitude à la conversion mécano-électrique et leur facilité d’intégration dans les systèmes. L’objectif du projet est de proposer une alternative à la piézoélectricité en développant des films polymère flexoélectriques. La flexoélectricité, qui correspond à l’apparition d’une polarisation électrique induite par un gradient de déformation (égal à la courbure) est présente dans tous les diélectriques. Toutefois, ce couplage est encore mal connu et reste faible devant l’effet piézoélectrique dans les films organiques. La finalité est donc de développer et caractériser des films tout organiques souples, pouvant supporter de grandes courbures et avec des coefficients flexoélectriques suffisamment élevés pour envisager leur utilisation comme récupérateurs d’énergie mécanique ambiante.

 Les 2 partenaires du projet (IETR site de Nantes et MOLTECH Anjou) ont récemment montré qu’il est possible d’obtenir un coefficient flexoélectrique géant dans certains polymères semi-conducteurs [1]. Le principe consiste à exploiter la forte polarisabilité ionique et électronique de certains types de polymères dits conjugués de manière à exalter la polarisation macroscopique induite par la courbure. Toutefois, certaines caractéristiques sont à améliorer, en particulier la stabilité du couplage flexoélectrique dans le temps, ainsi que la réalisation de films autosupportés, afin d’augmenter significativement la courbure subie par le film et donc le courant de sortie généré. Pour arriver à ces améliorations, il est prévu de développer des composites polymères semi-conducteur/isolant, ainsi que des configurations d’électrode spécifique de manière à réduire la constante diélectrique effective du film, ce qui serait aussi bénéfique pour augmenter la densité de puissance récupérée.

[1] M. Saadeh, P. Frère, et B. Guiffard, « Revealing the flexoelectric-like response of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly (styrenesulfonate) thin films », Polymers for Advanced Technologies, vol. 31, no 11, p. 2632‑2639, 2020, doi: https://doi.org/10.1002/pat.4989.