Techniques de mesures
Spectroscopie diélectrique appliquée aux polymères

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.