Mini EAP – Miniaturisation des systèmes polymères électroactifs pour les applications de capteurs et d’actionneurs

Le projet soutenu par le FEDER étudie la miniaturisation des élastomères diélectriques dans la gamme millimétrique. Des recherches sont en cours sur les couches minces en forme de sandwich contenant du métal et du carbone pour la fabrication des électrodes, ainsi que sur de nouveaux types d'applications.

Le projet est une collaboration entre la chaire des systèmes de matériaux intelligents sous la direction du professeur Seelecke de l'Université de la Sarre et le groupe de recherche Sensorik und Dunlayntechnik sous la direction du professeur Schultes de la Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes.

problématique

Les polymères électroactifs (EAP) prennent de plus en plus d'importance en raison de leurs propriétés telles que leur faible poids, leur faible coût de fabrication, leur efficacité énergétique et leur facilité d'utilisation en tant qu'actionneurs et capteurs. Cependant, les applications précédentes se situent plutôt dans le domaine macroscopique. La miniaturisation de cette technologie ouvrirait de nouveaux champs d'application et conduirait à des systèmes dotés de nouvelles fonctionnalités.

Une attention particulière est accordée aux applications médico-techniques et à l'interaction homme-machine. On peut imaginer, par exemple, des pompes, des vannes et des capteurs de pression peu coûteux pour les systèmes Lab-on-a-Chip dans le domaine médical.
Mais des panneaux de commande (touch screens) avec une topologie reconfigurable ou des commandes gestuelles (par exemple à l'aide de gants) sont également envisageables avec cette technique.
Dans les deux cas, un feedback haptique peut également être généré pour donner à l'opérateur une réponse mécaniquement palpable.

Objectif

Pour réaliser la miniaturisation de la technologie, des méthodes de fabrication nouvelles et améliorées sont nécessaires, d'une part, et des outils adaptés et des mécanismes de précontrainte miniaturisés sont nécessaires pour la conception du système, d'autre part. L'AG Schultes se concentre en particulier sur le premier et la deuxième partie est développée par l'AG Seelecke.

Le projet est consacré à la recherche fondamentale sur la miniaturisation des systèmes de capteurs et d'actionneurs électro-actifs. À partir des prototypes actuels en cm, des dimensions en mm et plus petites sont recherchées. Dans le même temps, la base technologique pour de nouvelles applications d'actionneurs et de capteurs doit être élargie. La résolution des éléments contrôlables (pixels) pourrait donc être considérablement augmentée. D'une part, la conception du système est traitée en explorant des assemblages de tableaux appropriés avec des mécanismes de précontrainte mécaniques miniaturisés. Les éléments de précontrainte bistables mécaniquement, réalisables à base de polymère, qui sortent du plan de la feuille, constituent la base de l'élément pour les différents pixels.

D'autre part, de nouveaux matériaux et méthodes de fabrication des électrodes conformes sont étudiés. Les procédés de revêtement par plasma (pulvérisation) permettent d'appliquer de fines couches conductrices métal-carbone de l'ordre du nanomètre. La structuration de ces couches doit être réalisée à l'aide d'un laser à ultra-court terme. Pour obtenir une extensibilité et une conformité élevées des couches d'électrodes conductrices, la couche mince est pulvérisée sur un film pré-étiré.

Procédure à suivre

Ce projet réunit deux expertises complémentaires des universités sarroises. Le groupe de recherche du Prof. S. Seelecke est internationalement reconnu et dispose, entre autres, d'une vaste expérience dans le domaine des systèmes EAP. L'accent est mis en particulier sur la fabrication des films composites, la conception complète du système jusqu'aux mécanismes d'actionnement, leur modélisation, leur mesure et leur caractérisation. La référence à l'application est donnée par de nombreux projets de coopération de l'industrie. Le groupe de recherche du professeur G. Schultes, quant à lui, apporte un savoir-faire de longue date en matière de capteurs, de fabrication et de microstructuration de couches minces et de conception de capteurs de force et de pression. L'expérience et les résultats de la recherche sur les couches minces de capteurs hautement sensibles spécialement développées au sein du groupe de travail constituent la base des électrodes EAP. Des installations et des appareils de mesure nécessaires et complexes sont disponibles dans les deux groupes.

En coopération avec les deux groupes de recherche, les premiers démonstrateurs sont développés, le groupe Schultes se concentrant en particulier sur la production de nouvelles électrodes pulvérisées ainsi que sur la structuration des électrodes et le groupe Seelecke sur la conception du système capteur-actionneur ainsi que sur la recherche de mécanismes de précontrainte miniaturisés.

Résultats/état d'avancement du projet

Le projet a été lancé début 2018 et durera au moins 3 ans. Le plan de travail est conçu de manière à ce que le contenu des modules de travail commence en parallèle et qu'un état d'avancement commun du projet sous la forme d'un démonstrateur soit atteint à la fin du projet. Les électrodes pulvérisées peuvent être appliquées avec une bonne résolution et des mécanismes de précontrainte flexibles à base de film polymère peuvent être conçus avec des performances comparables aux mécanismes de précontrainte à base de métal.

Concept de valorisation:

Dans le cadre du projet, un démonstrateur est d'abord développé pour 1 élément d'actionneur, puis pour plusieurs éléments d'actionneur.
En outre, le démonstrateur et les résultats de la recherche sont utilisés pour demander et mener des projets de recherche plus avancés. En outre, l'équipement et les connaissances sont utilisés pour l'enseignement et la formation continue.

Durée: 01/01/2019 – 31/12/2021
Financé par: FEDER de l'UE