274 pages - septembre 2021
ISBN papier : 9781789480313
ISBN ebook : 9781789490312

Code ERC :

PE3 Condensed Matter Physics
PE3_10 Nanophysics: nanoelectronics, nanophotonics, nanomagnetism, nanoelectromechanics, etc.

 
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Les nanocomposites sont l’une des avancées majeures dans le domaine des matériaux. Ils trouvent des applications dans des secteurs aussi variés que l’aéronautique, l’énergie ou encore l’environnement. L’utilisation efficace des nanorenforts nécessite cependant des connaissances et des outils nouveaux pour surmonter les difficultés liées à cette échelle et pouvoir ainsi bénéficier des avantages qu’ils apportent.

Nanocomposites présente les progrès récents, académiques et industriels, réalisés dans ce domaine, ainsi que les dernières recherches sur l’utilisation efficace des charges et des renforts nanométriques pour améliorer les performances des nanocomposites avancés. Il décrit également les techniques et les outils utilisés pour préparer les nanocomposites, y compris les dernières techniques de synthèse et de traitement de surface des nanocharges pour différentes applications. Il détaille enfin le rôle de la nanoscience dans la conception, la caractérisation et la modélisation multi-échelle de ces matériaux, en mettant l’accent sur les phénomènes à l’échelle nanométrique.

1. Nanocomposites à matrice polymère chargée par des nanoplaquettes de graphite et graphène (GNP)
2. Technique de caractérisation morphologique des polymères nanorenforcés
3. Effets de taille et propriétés physiques et mécaniques des polymères nanorenforcés
4. Effets de taille et de nature des charges sur les propriétés thermiques et mécaniques des composites à matrice PEEK
5. Interface et interphase entre matrice époxyde et nanorenforts à base de carbone dans les nanocomposites
6. Modélisation électromécanique non linéaire multi-échelle de nanocomposites graphène-polymère
7. Modélisation numérique de réseaux de nanocharges en carbone dans les composites de polymères
8. Nanocomposites de polymères électrostrictifs : aspects fondamentaux et applications

Jinbo Bai

Jinbo Bai est docteur en sciences des matériaux de l’École centrale Paris, directeur de recherche au CNRS et coordinateur du GDR Polynano phases I & II. Ses recherches portent sur la synthèse, le développement, le traitement, la caractérisation et la modélisation multi-échelle de matériaux nano- et microcomposites multifonctionnels.

Chapitre 1

Nanocomposites à matrice polymère chargée par des nanoplaquettes de graphite et graphène (GNP) (pages : 3-48)

Le graphène est l’une des nanoparticules les plus intéressantes pour l’élaboration de nanocomposites du fait de ses propriétés hors du commun. Son élaboration, tout comme sa dispersion dans une matrice polymère, sont des étapes complexes pouvant être réalisées de plusieurs manières, donnant chacune des quantités et qualités de charges et de nanocomposites variables. Ce chapitre apporte une comparaison des différentes méthodes d’élaboration du graphène et de sa dispersion.


Chapitre 2

Technique de caractérisation morphologique des polymères nanorenforcés (pages : 49-71)

Les polymères nano-renforcés sont considérés comme des matériaux hétérogènes, pour lesquelles l’hétérogénéité est de taille nanométrique. Dans ce cas leur caractérisation morphologique requière l’utilisation d’outils expérimentaux capables d’accéder à ces échelles. La Microscopie Electronique en Transmission (MET) et la Diffraction des rayons X (DRX) aux petits et grands angles sont les deux techniques les plus adaptées. Le MET permet une observation directe de la microstructure à l’échelle du renfort, tandis que la DRX permet une observation dite indirecte et à des échelles inférieures à celles du MET. La combinaison des deux techniques permet de couvrir une fenêtre d’observation allant de l’architecture moléculaire à la dispersion des nanoparticules, ce qui est nécessaire dans le cas de ces matériaux.


Chapitre 3

Effets de taille et propriétés physiques et mécaniques des polymères nanorenforcés (pages : 73-95)

La réduction de la taille du renfort tout en gardant la fraction volumique constante induit une augmentation considérable des interactions entre le renfort et la matrice qui l’entoure. La conséquence de ces interactions sur l’amélioration du comportement mécanique, physique et thermique du composite nécessite la mise en place de démarche adéquate pour une quantification fiable tout en comprenant l’origine de ces améliorations. Dans ce chapitre l’accent sera mis sur les possibles corrélations entre l’effet de taille et les propriétés améliorées des nanocomposites.


Chapitre 4

Effets de taille et de nature des charges sur les propriétés thermiques et mécaniques des composites à matrice PEEK (pages : 97-146)

Les rôles de la taille et de la nature des charges dans les composites sont mis en évidence en comparant quatre types de charges : carbure de silicium, alumine, nitrure de bore et graphite. Leur nature chimique semble être prépondérante sur la taille car elle gouverne les interactions interfaciales charge/matrice qui se traduisent par de meilleures propriétés mécaniques.


Chapitre 5

Interface et interphase entre matrice époxyde et nanorenforts à base de carbone dans les nanocomposites (pages : 147-165)

La caractérisation à l’échelle de l’interface par microscopie électronique et des essais mécaniques in situ pour différents types de renfort carbonés dans une matrice polymère conduit à mieux comprendre la structure la matrice proche de l’interface, l’interphase, et permet de mesurer la performance de différents types de traitements de surface opérés sur le renfort.


Chapitre 6

Modélisation électromécanique non linéaire multi-échelle de nanocomposites graphène-polymère (pages : 167-198)

Ce chapitre présente un cadre de modélisation multi échelle pour les composites graphène-polymère sur la base de calculs numériques appliqués à des volumes élémentaires représentatifs (VER). Les applications concernent la prédiction de la conduction électrique non linéaire et des propriétés mécaniques en tenant compte des interfaces graphène-polymère et de l’effet tunnel, et expliquer les faibles seuils de percolations observés expérimentalement.


Chapitre 7

Modélisation numérique de réseaux de nanocharges en carbone dans les composites de polymères (pages : 199-227)

L'utilisation de modèles informatiques comme outil de conception pour les nanocomposites polymères est discutée. En particulier, un modèle de calcul 3D est utilisé pour étudier la conductivité électrique de polymères chargés de nanotubes de carbone (CNT), de nanoplaquettes de graphène (GNP) et de particules hybrides CNT-GNP. Des lignes directrices qui aident à améliorer la conductivité électrique des composites polymères sont présentées sur la base des résultats de simulation.


Chapitre 8

Nanocomposites de polymères électrostrictifs : aspects fondamentaux et applications (pages : 229-258)

Ce chapitre traite des matériaux polymériques électrostrictifs. Les questions fondamentales et les applications prometteuses seront traitées. Les récentes avancées en direction des matériaux à électrostriction géante dans le domaine seront passées en revue et certains obstacles de longue date à leurs applications pratiques seront également évoqués.