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Des mousses élastomères magnétiques comme éléments stimulables à haute compressibilité

Laboratoire Sciences et Ingénierie de la Matière Molle, (SIMM)

Adresse:ESPCI, 10 Rue Vauquelin 75005 Paris

Directeur du laboratoire : Christian Frétigny

Responsables du stage : Artem Kovalenko, Jérôme Fresnais (PHENIX)

Contact : Artem Kovalenko

   

Projet scientifique :
Les mousses élastomères ont des propriétés mécaniques remarquables grâce au flambage des parois des pores. Bien que des avancés majeures dans la compréhension des propriétés mécaniques des mousses aient été faites dans les années 80 [1], les matériaux poreux restent une thématique de recherche très active grâce à de nouvelles applications [2] notamment dans le domaine des capteurs mécaniques, conducteurs flexibles, matériaux pour la récupération de l’énergie et isolation acoustique. Une des perspectives les plus novatrices est de rendre ces matériaux sensibles à un stimulus extérieur, comme ici le champ magnétique, en introduisant des charges magnétiques dans la matrice élastomère. Du fait de leur forte complaisance, les mousses magnétiques présentent en effet une grande capacité de déformation sous l’effet d’un champ magnétique [3]. Cependant, très peu est connu sur l’amplitude et le mécanisme de cet effet magnétostrictif, notamment sur l’influence des interactions magnétiques entre charges et des propriétés mécaniques de la matrice. Une bonne compréhension de ces effets est cependant nécessaire pour utiliser ces matériaux comme éléments stimulables à haute compressibilité et les intégrer dans des structures comme celles obtenues par méthodes de microfabrication.

Le but de ce projet est de fabriquer des élastomères poreux magnétiques ("mousses magnétiques") avec une structure contrôlée comme systèmes modèles pour l’étude des propriétés magnétostrictives et magnétorhéologiques (changement de l’élasticité dans un champ). Pour contrôler la structure, la taille et la forme des pores, on utilisera des émulsions inverses eau/PDMS comme précurseurs ("templates") des élastomères poreux [4]. En choisissant un traitement de surface adapté, on introduira des nanoparticules magnétiques dans la phase PDMS et on étudiera leur influence sur les propriétés mécaniques et magnétostrictives des échantillons polymérisés. On développera à partir de ces matériaux des surfaces structurées contenant des blocs stimulables afin d’en contrôler la rugosité pour commander leurs propriétés de mouillage [5].


Techniques utilisées : formulation des émulsions ; microscopie optique ; microscopie électronique à balayage ; magnétometrie ; essaies mécaniques ; mesures d’angle de contact.

Références :
[1]. Gibson, L.J. ; Ashby, M.F. Cellular solids : structure and properties. Oxford : Pergamon Press ; 1988.
[2]. D’Auria, M. ; Davino, D. ; Pantani, R. ; Sorrentino. L. Polymeric foam-ferromagnet composites as smart lightweight materials. Smart Mater. Struct. 2016, 25, 055014.
[3]. Zhu, D. ; Handschuh-Wang, S. ; Zhou, X. Recent progress in fabrication and application of polydimethylsiloxane sponges. J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 16467-16497.
[4]. Kovalenko, A. ; Fauquignon, M. ; Brunet, T. ; Mondain-Monval, O. Tuning the sound speed in macroporous polymers with a hard or soft matrix. Soft Matter, 2017, 13, 4526.
[5] B. Bolteau. PhD thesis at Sorbonne University. 2018

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