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RÉSUMÉ
Les caractéristiques essentielles qui font des polymères des diélectriques très particuliers et bien adaptés à certaines applications sont présentées dans cet article. L’influence de la composition chimique et de la structure physique de ces matériaux macromoléculaires sur ces propriétés diélectriques est détaillée, et elle illustre le potentiel des polymères à concevoir des réponses optimisées à des besoins spécifiques. Des exemples des principales applications où les polymères sont incontournables sont donnés à la fin de l’article.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
Jean-Marc BUREAU : Responsable Matériaux et Procédés - COBHAM MICROWAVE, Villebon-sur-Yvette, France
INTRODUCTION
Les matériaux diélectriques traditionnels ont longtemps été des substances isolantes minérales (silice, alumine, …) mais les polymères organiques sont de plus en plus utilisés du fait de leurs possibilités de mise en œuvre (films, laminés, moulages…), de leur flexibilité, de leur faible densité et de la grande variété de compositions leur permettant de s’adapter à des besoins spécifiques. Les principales applications sont les films pour condensateurs, les isolants de câbles et de connecteurs, les supports et substrats pour les circuits imprimés d’interconnexion et les antennes, ainsi que les matériaux d’encapsulation des composants électroniques.
Cet article a pour but de présenter les avantages et les limitations des matériaux diélectriques polymères et les différentes stratégies permettant de les optimiser pour ces applications spécifiques.
Cet article présente quelques éléments théoriques des propriétés diélectriques des matériaux (permittivité et facteur de pertes) et détaille les phénomènes de polarisation propres aux matériaux macromoléculaires. Il montre le rôle de leur structure physico-chimique sur ces propriétés, ainsi que l’influence de la fréquence et de la température sur leur variation. Les autres paramètres importants pour les applications électriques et électroniques (résistivité, rigidité diélectrique, stabilité environnementale) sont également traités.
Les principales applications sont enfin présentées, avec les polymères diélectriques les plus utilisés pour chacune d’entre elles.
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MOTS-CLÉS
applications Définitions Relation structure/propriétés électronique Electrotechnique matériaux Diélectriques
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1980 par Jean-Claude DUBOIS
- Version archivée 2 de déc. 1989 par Jean-Claude DUBOIS, Jean-Marc BUREAU
- Version archivée 3 de nov. 1998 par Jean-Claude DUBOIS
DOI (Digital Object Identifier)
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Résistivité
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1. Permittivité et indice de pertes
1.1 Diélectrique parfait
Placé dans le vide, sous tension continue U 0, un condensateur plan (figure 1 a )prend une charge Q 0 reliée à U 0 par une loi linéaire :
Q 0 = C 0 U 0
avec :
- C0 :
- capacité du condensateur dans le vide.
Si l’on isole les armatures de la source et si on remplit le condensateur d’un matériau isolant (figure 1 b ), la nouvelle différence de potentiel U qui apparaît est encore proportionnelle à Q 0 :
Q 0 = CU
avec :
- C (> C0) :
- capacité du condensateur rempli de diélectrique.
La permittivité relative ε du matériau est définie par la relation :
ε = C/C 0
avec :
- εε0 :
- permittivité absolue du diélectrique,
- ε0 :
- permittivité du vide (= 8,854 × 10–12 F/m).
L’augmentation de la capacité (à stocker des charges) C du condensateur par introduction d’un diélectrique s’explique par le mécanisme de polarisation du matériau. Sous l’influence du champ électrique appliqué, il se forme des dipôles perpendiculaires aux armatures. Ces dipôles neutralisent une partie des charges vraies existant sur les surfaces métalliques (figure 1 b ).
La tension aux bornes du condensateur est de la forme :
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Permittivité et indice de pertes
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COLE (R. R.), COLE (K. S.) - Dispersion and absorption in dielectrics I. Alternating current characteristics, - J Chem Phys, 9, 341 (1941).
-
(2) - DAVIDSON (D. W.), COLE (R. H.) - Dielectric relaxation of glycerine, - J. Chem Phys., 18, 1417 (1950).
-
(3) - WILLIAMS (G.), WATT (D. C.) - Non-symmetrical dielectric relaxation behaviour arising from a simple empirical decay function, - Trans Faraday Soc 66, 80 (1970).
-
(4) - NAVRILIAK (S.), HAVRILIAK (S. J.) - Dielectric and mechanical relaxation in materials – Analysis, interpretation and application to polymers, - Munich, Hanser (1997).
-
(5) - LUKICHEV (A. A.) - Graphical method for the Debye-like relaxation spectra analysis, - Journal of Non-Crystalline Solids, 358 447–453 (2012).
-
(6) - ISHADA (Y.) - Colloid...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Magazine et Newsletter spécialisés https://www.plusplasticelectronics.com/
HAUT DE PAGE
IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena http://www.ieee.org
HAUT DE PAGE
Standard Test Method for Relative Permittivity (Dielectric Constant) and Dissipation Factor of Polymer-Based Microwave Circuit Substrates http://www.astm.org/Standards/D3380.htm
Standard Test Methods for Polymeric Films Used for Electrical Insulation http://www.astm.org/Standards/D2305.htm
HAUT DE PAGEConstructeurs – Fournisseurs...
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