Electrical characterization of intrinsic conducting polymers Polyaniline / Polyurethane in a wide frequency range (DC to 20 GHz)

Caractérisations électriques de polymères conducteurs intrinsèques Polyaniline / Polyuréthane dans une large gamme de fréquence (DC à 20 GHz)

Chenghua Liang (1)

1 UDSMM - Unité de Dynamique et Structure des Matériaux Moléculaires

The main objective of this work is to increase fundamental knowledge on Intrinsic Conducting Polymers (ICP), especially polyaniline (PANI) mixed with polyurethane (PU), to improve their electrical properties. A morphological study shows that these materials are composed of spaghetti-like conducting chains mixed in an insulating matrix. The first part of this work is devoted to the dielectric characterization of samples consisting of 0.5%, 1%, 5% of PANI deposited on the glass fiber in a frequency range from 20 Hz to 20 GHz. The results show a dielectric relaxation that strongly evolves with the concentration of the mixture. This phenomenon can be explained by a theoretical model based on a Gaussian distribution of lengths of the conducting clusters. A study of temperature aging shows that the percolation paths eventually break over time, which causes a decrease in the average length of clusters and degradation of electrical properties of conducting polymers. The second part of this work relates to 1/f noise measurements on samples consisting of 5%, 10%, 20%, 50% and 100% of PANI deposited as a thin film. For these measures, we have had to develop methods using specific configurations and choose the best one for our samples. The results of this study show a very high excess 1/f noise compared to those obtained in homogeneous materials. These excessive noises are explained by means of a model developed from the spaghetti-like morphology of PANI.

L'objectif général de ce travail est d'accroître les connaissances fondamentales des Polymères Conducteurs Intrinsèques (PCI), et plus particulièrement de la Polyaniline (PANI) mélangée à du polyuréthane (PU), afin d'améliorer leurs propriétés électriques. Une étude morphologique montre que ces matériaux sont composés de chaines conductrices de type " spaghetti " mélangées dans une matrice isolante. Une première partie de ce travail est consacrée à la caractérisation diélectrique d'échantillons composés de 0.5%, 1%, 5% de PANI déposés sur de la fibre de verre dans une gamme de fréquence de 20 Hz à 20 GHz. Les résultats font apparaître une relaxation diélectrique qui évolue fortement avec la concentration du mélange. Ce phénomène est expliqué par un modèle théorique basé sur une distribution gaussienne des longueurs des îlots conducteurs. Une étude de vieillissement par voie thermique montre que les chemins de percolation finissent par se casser au cours du temps, ce qui entraine une diminution de la longueur moyenne des îlots et une dégradation des propriétés électriques des polymères conducteurs. La 2ème partie de ce travail concerne des mesures de bruit en 1/f sur des échantillons de 5%, 10%, 20%, 50% et 100% de PANI déposés en couche mince. Pour ces mesures, nous avons été amenés à mettre en place des méthodes utilisant des configurations spécifiques et à choisir la mieux adaptée à nos échantillons. Les résultats de cette étude montrent un fort excès de bruit en 1/f comparativement à ceux obtenus sur des matériaux homogènes. Ces excès de bruit sont expliqués par un modèle développé à partir de la morphologie de type " spaghetti ".

Mots clés: Intrinsic Conducting Polymers; morphology; dielectric relaxation; temperature aging; 1/f noise; thin film

Mots clés: Polymères Conducteurs Intrinsèques; morphologie; relaxation diélectrique; vieillissement thermique; bruit en 1/f; couche mince

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

Chenghua Liang. Caractérisations électriques de polymères conducteurs intrinsèques Polyaniline / Polyuréthane dans une large gamme de fréquence (DC à 20 GHz). Sciences de l'ingénieur [physics]. Université du Littoral Côte d'Opale, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00596089v2⟩