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Auteur :  Rohtlaid , Kätlin , 1991-.... Vidal , Frédéric , 19..-.... , physico-chimiste Plesse , Cédric , 1978-.... Bergaud , Christian , 19..-.... Trouillet-Fonti , Lise , 19..-.... Cattan , Eric , 1964-.... Nguyen , Tran Minh Giao , 1976-.... Université de Cergy-Pontoise , 1991-2019 École doctorale Sciences et ingénierie , Cergy-Pontoise, Val d'Oise Laboratoire de physico-chimie des polymères et des interfaces , Cergy-Pontoise, Val d'Oise Titre :  Fabrication, caractérisation et intégration de microactionneurs et de microcapteurs à base de polymères conducteurs électroniques , Kätlin Rohtlaid ; sous la direction de Frédéric Vidal et de Cédric Plesse Editeur :  2019 Notes :  Titre provenant de l'écran-titre Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 01 octobre 2020 Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de physico-chimie des polymères et des interfaces (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Frédéric Vidal, Cédric Plesse, Christian Bergaud, Edwin W. H. Jager, Lise Trouillet-Fonti, Alvo Aabloo, Eric Cattan, Tran Minh Giao Nguyen (Membre(s) du jury) ; Christian Bergaud, Edwin W. H. Jager (Rapporteur(s)) Thèse de doctorat Chimie - Cergy Cergy-Pontoise 2019 Les polymères électroactifs (EAPs) sont capables de changer de forme et/ou de dimension en réponse à une stimulation électrique, mais aussi de générer un signal électrique en réponse à une stimulation mécanique. Ces matériaux flexibles et légers apparaissent comme des candidats prometteurs pour le développement de systèmes micro-électro-mécaniques (MEMS en anglais « Micro-Electro-Mechanical Systems). Le but de cette thèse est la fabrication et la caractérisation de microactionneurs et de microcapteurs à base de polymères conducteurs électroniques (PCEs) afin d'obtenir des dispositifs performants pour une intégration dans les microsystèmes.Premièrement, un procédé d’élaboration couche par couche récemment décrit pour les microactionneurs à base de PCEs, a été pris comme point de départ de cette thèse. L’optimisation de la polymérisation en phase vapeur du 3,4-éthylènedioxythiophène (EDOT) a ainsi été réalisée afin d'améliorer les propriétés électriques et électrochimiques des électrodes obtenues et ainsi d’améliorer les performances des microactionneurs résultants.Dans une deuxième partie, le poly(3,4-éthylènedioxythiophène):poly(styrène sulfonate) (PEDOT:PSS) a été choisi comme nouveau matériau d’électrode afin de développer un procédé couche par couche plus simple et reproductible. Des additifs réactifs polaires à base de poly(oxyde d'éthylène) (PEO) ont été incorporés à une dispersion commerciale de PEDOT:PSS pour élaborer des électrodes aux propriétés électriques, mécaniques et électrochimiques améliorées. Ces électrodes composites à base de PEDOT:PSS ont ensuite été utilisées pour fabriquer des microactionneurs tricouches performants. De plus, les propriétés de capteur de déformation mécanique de ces tricouches ont été démontrées pour la première fois à l'échelle microscopique.La troisième partie de ce travail décrit l’intégration complète de ces dispositifs électrostimulables à base de PEDOT:PSS selon des procédés totalement compatibles aux microsystèmes. Ce travail décrit pour la première fois l’élaboration des microdispositifs tricouches, leur intégration complète avec contacts électriques et leur fonctionnement sur substrat flexible sans aucun maniement manuel, permettant ainsi la conception de microsystèmes avec des configurations complexes. Les microsystèmes obtenus ont été caractérisés avec succès en tant que microactionneurs et microcapteurs.Enfin, des actionneurs linéaires et fonctionnant à l’air libre ont été développés par la combinaison d’électrodes à base de PEDOT:PSS présentant différentes propriétés physiques, Les propriétés électrochimiques et mécaniques de ces électrodes ont tout d’abord été étudiées en fonction de leur composition et leur niveau d'oxydation. A partir d’un modèle théorique, la meilleure combinaison d’électrodes a été utilisée pour l’élaboration couche par couche de dispositifs tricouches asymétriques. Les systèmes résultants ont présenté des déformations linéaires cohérentes avec la prédiction du modèle électromécanique. Par ailleurs la capacité de ces matériaux à détecter et quantifier une déformation linéaire a également été démontrée.Les travaux de cette thèse ont démontré une méthode d’élaboration simple et reproductible pour la fabrication de microactionneurs et de microcapteurs à base de PEDOT:PSS avec des performances élevées. Le procédé de microfabrication développé permet leur intégration complète dans les microsystèmes et ouvre des perspectives prometteuses pour le développement de PCE-MEMS flexibles et efficaces. Electroactive polymers (EAPs) are able to change their shape and/or size in response to electrical stimulation, but also to generate electrical signal in response to mechanical stimulation. As flexible, and lightweight materials, they arise as promising candidates for the development of soft Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) to move towards soft electronics. The goal of this thesis is the fabrication and characterization of microactuators and microsensors based on electronically conductive polymers (ECPs) to obtain efficient devices for further integration into microsystems.The recently elaborated Layer-by-Layer (LbL) process for fabricating ECP based microactuators was taken as a starting point of this thesis. The optimization of vapor phase polymerization of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) was studied in order to improve the electrical and electrochemical properties of the electrodes and as a result, the microactuators performances.As a next step, poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) was chosen as a new electrode material to develop more simple and reproducible LbL process. Polar reactive additives based on poly(ethylene oxide) (PEO) were incorporated to the PEDOT:PSS commercial dispersion to elaborate electrodes with improved electrical, mechanical and electrochemical properties. These PEDOT:PSS composite electrodes were then used to fabricate efficient trilayer microactuators. Additionally, the mechanical strain sensing of these trilayers was demonstrated for the first time on microscale.The integration of these PEDOT:PSS based microactuators was then performed according to a process fully compatible with microsystems. The process describes for the first time the complete elaboration of the trilayer microdevices, their full integration with electrical connections and subsequent operation on a flexible substrate without any manual handling, allowing the design of microsystems with complex configurations. The resulting microsystems were successfully characterized as microactuators and as microsensors.Finally, air-operating linear actuators have been developed by the combination of PEDOT:PSS based electrodes with different physical properties as predicted by a theoretical model. The electrochemical and mechanical properties of PEDOT:PSS based electrodes were first studied as a function of their composition but also of their the redox level. Best combination of electrodes was used to develop asymmetrical trilayer devices with simple LbL process. The resulting devices presented linear actuation with performances in the range of predicted values. Linear strain sensing ability of these materials was also demonstrated.The work of this thesis demonstrated a simple and reproducible elaboration method for fabricating PEDOT:PSS based microactuators and microsensors with high performances. The developed microfabrication process allows their full integration into microsystems and brings them closer to the development of soft and efficient ECP-MEMS. Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF URL:  (Accès au texte intégral) http://www.theses.fr/2019CERG1029/document http://www.theses.fr/2019CERG1029/abes Sujet :  Thèses et écrits académiques   Exemplaires Pas de données exemplaires

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