Caractérisation et modélisation diélectrique de certains composites à base des systèmes polymères/cristaux liquides

Abstract

Ce travail a concerné l’élaboration et l’étude diélectrique de films PDLC composé d’un cristal liquide, le E7, et de trois monomères, le TPGDA et deux PPGDA de masse molaire différente. En vue de comparaison, le cristal liquide et les monomères ont également été caractérisés. Les systèmes polymères/CL ont été obtenus par photopolymérisation UV du mélange monomère/cristal liquide (séparation de phases). Des différentes études avant et après polymérisation ont été effectuées afin de comparer les propriétés des films PDLC de concentration en cristal liquide différente, mais également de déterminer l’influence de la densité du réseau polymère sur propriétés diélectriques. Les composites réalisés par ces mélanges monomériques avec le cristal liquide nématique E7 ont été soumis à des études diélectriques pour mieux comprendre leurs comportements. Les analyses DSC ont été effectuées respectivement pour limiter l’intervalle de température permis pour d’autres analyses en température et de déterminer les températures de transition vitreuse des trois monomères. Les spectres diélectriques obtenus ont montrés que les polymères présentent un mécanisme de relaxation fortement distribué (étendu sur une large gamme de fréquence) correspondant à la transition vitreuse, et que l’amplitude et la fréquence augmentent avec la masse molaire. En ce qui concerne le cristal liquide, en basse fréquence et en l’absence de bias, les molécules de cristal liquide présentent une orientation planaire. Ces molécules basculent en orientation homéotrope lors de l’application d’un bias de 40V. En haute fréquence, le mécanisme de relaxation est de faible amplitude sans bias, et devient d’amplitude plus élevée sous un bias de 40V. Et pour ce qui est des films PDLC, l’augmentation de la concentration en cristal liquide entraîne une augmentation de la permittivité et de la conductivité. En effet, le cristal liquide, du fait de sa structure chimique, a une permittivité et une conductivité plus élevée que les différentes matrices polymères, et plus sa proportion est grande, plus sa contribution aux phénomènes diélectriques est importante. De plus, l’effet du bias est plus important lorsque la concentration en cristal liquide est élevée, mais également lorsque la distance entre deux points de réticulation est grande. Cela vient du fait que plus il y a de cristal liquide et plus le réseau polymère est lâche, plus le nombre et la taille des domaines sont importants, ce qui augmente la proportion de molécules de cristal liquide qui participent à la réorientation moléculaire provoquée par l’application du bias. Les résultats obtenus sont intéressants, changer de monomère ayant le même motif de répétition permet d’obtenir des réponses diélectriques différentes. Il y a donc une influence de la variation de la distance entre deux points de réticulation. Toutefois, il faudrait refaire les expériences qui n’ont pas été concluantes. Cette étude est basée sur la relaxation  caractéristique des polymères, mais il existe une relaxation propre au cristal liquide confiné dans les domaines. Il faudrait donc regarder une gamme de fréquence plus élevée pour mesurer la relaxation propre au cristal liquide. D’autre part, la gamme de concentration en cristal liquide des films PDLC pourrait être complétée avec les concentrations intermédiaires à celles déjà étudiées afin de mieux cerner sa contribution aux phénomènes diélectriques.