Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Dans le secteur électronique les matériaux polymères se retrouvent dans les dispositifs d'interconnexion électroniques, les commutateurs optoélectroniques, les circuits de carte électronique, les batteries, les condensateurs, pour l’isolation électrique, le revêtement, l’encapsulation électronique, etc. Afin d’analyser leurs propriétés isolantes, la spectroscopie diélectrique est l’outil d’analyse fréquentielle le plus fiable pour mettre en évidence les phénomènes de relaxations et conductions qui se passent à l'échelle microscopique dans un polymère isolant. Cet article traite la relation structure/propriété des polymères en se basant sur des analyses expérimentales. Les résultats sont analysés et quantitativement modélisés en utilisant des modèles appliqués aux matériaux diélectriques.
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The use of polymer materials is growing in the electronics industry, where they are now found in electronic interconnection devices, optoelectronic switches, electronic circuit boards, batteries, capacitors, electrical insulation, coatings, electronic encapsulation, etc. To analyse their insulating properties, dielectric spectroscopy is one of the most reliable frequency analysis tools. It highlights the conduction and relaxations phenomena that occur at the microscopic level in an insulating polymer. This article discusses the structure/property relationship of polymers based on experimental analysis. The results are analysed and quantitatively modelled using models applied to dielectric materials.
Auteur(s)
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Abdelkader KAHOULI : Docteur en physique et science des matériaux - Chercheur contractuel rattaché au laboratoire de cristallographie et science des matériaux (UMR 6508), Université de Caen, Caen, France - Chercheur associé au laboratoire matériaux organisation et propriétés (LMOP), Université de Tunis El Manar, Tunis, Tunisie
INTRODUCTION
Depuis le début du XX e siècle, des efforts considérables sont effectués pour mettre au point des techniques de caractérisation de toutes sortes de mobilités au sein des matériaux polymères allant d’une échelle de l’unité structurale jusqu’à la taille d’une sphérolite. En effet, les variations des propriétés électriques des polymères sont la réponse, à l’échelle macroscopique, des mouvements intervenant à l’échelle moléculaire, impliquant toute ou une partie de la molécule.
Dans l’étude d’un matériau polymère isolant, une analyse des propriétés -diélectriques, et plus particulièrement l’étude de la mobilité moléculaire induite par les phénomènes de relaxations et la dynamique des charges déclenchée par les mécanismes de conductions, peut s’avérer être un outil intéressant pour apprécier l’état du matériau et quantifier son évolution sous l’influence de plusieurs contraintes physiques.
Outre des études fondamentales du comportement diélectrique et électrique des polymères, la spectroscopie diélectrique fournit des informations pertinentes aux secteurs utilisant le polymère comme un matériau diélectrique. Ainsi, des domaines d’applications aussi variés que le génie électrique, l’électronique de puissance, la microélectronique, la nanoélectronique, la biologie et la pharmaceutique sont concernés. Cette technique expérimentale permet de donner des informations pratiques et directes se rapportant :
-
aux propriétés d’isolation électrique de polymères amorphes qui sont -utilisées traditionnellement pour l’isolation des câbles dans les gammes de -fréquence du mHz au MHz ainsi que pour les couches de passivation de dispositifs électroniques modernes tels que les micropuces ;
-
à la fiabilité des polymères en présence de l’eau pour des applications d’isolations électriques utilisées dans les transformateurs et les alternateurs ;
-
à un suivi de l’état de dégradation des isolants à base de polymères utilisés dans les transformateurs suite à un processus de vieillissement ou de contraintes électriques, mécaniques, thermiques ou thermomécaniques ;
-
aux performances électriques d’un polymère avant son intégration dans un dispositif électronique, notamment quand il est utilisé comme un matériau à faible permittivité dans l’application de l’intégration à très grande échelle (ou VLSI pour Very-Large-Scale Integration) ;
-
à l’état structural du polymère avant et après sa transition vitreuse.
Cet article présente une étude fondamentale en corrélation avec des analyses expérimentales par la technique de la spectroscopie diélectrique (spectromètre d’impédance) afin de déverrouiller la relation propriété/structure des polymères via la compréhension des différents mécanismes de relaxation et de conduction.
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Conclusion
En anglais
3. Analyse spectrale
3.1 Conduction électronique
Dans les polymères, la conduction électronique est souvent observée à basse température (T < T g) avec T g correspondant à la température de transition vitreuse du polymère. Cette conduction peut être assurée par un mécanisme de saut d’un site à un autre (un site est défini comme un puit de potentiel comme le montre la figure 13). Par exemple, dans le polyéthylène isotactique, le mécanisme de conduction est assuré par l’électron provenant des doubles liaisons . Les longueurs de saut peuvent variées entre la distance d’une liaison atomique (1 à 2 Å) jusqu’à quelques unités de monomères. Autre exemple, celui du polypropylène isotactique, la conduction à basse température est gouvernée par un mécanisme de conduction par saut électronique dont la distance de saut λ est de l’ordre de 3 unités de monomères (6,5 Å) dans la région amorphe . L’énergie d’activation E a associée à ce type de conduction est souvent inférieure à 0,8 eV ...
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Analyse spectrale
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RUNT (J.P.), FITZGERALD (J.J.) - Dielectric spectroscopy of polymeric materials : fundamentals and applications. - American Chemical Society, Washington, DC (1997).
-
(2) - WILLIAMS (G.), THOMAS (D.K.) - Phenomenological and molecular theories of dielectric and electrical relaxation of materials. - Novocontrol (1998).
-
(3) - WILLIAMS (G.) - Dielectric newsletter. - -Novocontrol, mars 1994.
-
(4) - HAVRILIAK (S.), NEGAMI (S.) - A complex plane analysis of α-dispersion in some polymer systems. - Journal of Polymer Science : Part C, 14, p. 99-117 (1966).
-
(5) - FRÖHLICH (H.) - Theory of dielectrics : dielectric constant and dielectric loss. - 2nd edition, Oxford Science Publications (1958).
-
(6) - JONSCHER (A.K.) - Dielectric relaxation in solids. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Matériaux polymères pour l’optique. Propriétés et appli-cations.
-
Polymères conjugués et polymères conducteurs électroniques.
ANNEXES
Kahouli Abdelkader https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00627040/document
NOVOCONTROL BDS 20 http://www.novocontrol.de/html/turn_key_bds.htm
NOVOCONTROL http://www.novocontrol.de/
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International Conference on Broadband Dielectric Spectroscopy and its Applications a lieu tous les deux ans dans un pays (années paires). http://bds2016.pi.ipcf.cnr.it/index.php
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