Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Structure semi-Cristalline“

Les polymères semi-cristallins à chaînes semi-rigides, bien qu’abondamment utilisés dans la vie quotidienne, représentent des systèmes complexes qui ne sont pas encore parfaitement compris. Parmi les nombreux domaines de recherche sur cette famille de polymères, l’étude de la morphologie semi-cristalline et des processus de cristallisation et de fusion de ceux-ci restent des sujets très importants. L’investigation de la morphologie semi-cristalline est rendue difficile car elle présente une structure hiérarchique composée de plusieurs niveaux d’organisation, dont le plus petit est observable à une échelle très réduite de quelques nanomètres. De plus, les aspects liés à la cinétique des processus de cristallisation et de fusion n’ont pas toujours permis de bien les mettre en évidences, les rendant ainsi par très bien compris. Cependant, les nouvelles avancées technologiques dans le domaine de la physique expérimentales ont beaucoup profité à la science des polymères.

Dans ce travail, une contribution originale est apportée à cette étude, et cela en combinant diverses techniques expérimentales permettant des mesures calorifiques et structurales en températures et temps réels. L’intérêt c’est porté sur les polymères linéaires aromatiques tels que le polyéthylènes teréphthalate, PET, et le polytriméthylène téréphthalate, PTT, caractérisés par une température de transition vitreuse supérieure à l’ambiante ( Tg > 50°) et une température de fusion élevée (Tm>220°C), offrant ainsi une assez large gamme de température de cristallisation (Tm-Tg). L’étude de la structure semi-cristalline du PET à l’échelle du nanomètre et de la relaxation des phases amorphes présentes dans sa structure est facilitée par l’utilisation d’un diluant amorphe tel que le polyétherimide (PEI), qui forme un mélange miscible avec le PET.

L’utilisation de microscopie de force atomique AFM à haute température a permis d’observer la cristallisation isotherme de PET en temps réel et de décrire ainsi la cristallisation secondaire comme un processus d'épaississement des piles lamellaires. De plus, l’analyse de la structure semi-cristalline du PET et du PTT, dans l’espace direct, sont en faveur d’un modèle structural homogène, où l’épaisseur lamellaire moyenne est légèrement inférieure à l’épaisseur moyenne des régions amorphes interlamellaires. Ces résultats ont permis, d’une part, d’apporter une meilleure interprétation aux données obtenues par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), et d’autre part, d’ interpréter le comportement de fusion multiple caractéristique des polymères semi-cristallin à chaînes semi-rigides par le seul processus de fusion-recristallisation. Dans l’étude investiguée sur les mélanges PET/PEI et sur le PTT pur, on montre que la cinétique d’un tel processus est particulièrement rapide comparée à la cristallisation. De plus, les observations par AFM et par microscopie optique de même que les mesures SAXS en temps réel ont montré la simultanéité et la compétition existant entre la fusion des cristaux et leur réorganisation durant la chauffe. Par ailleurs, la relaxation des régions amorphes interlamellaires, souvent considérées comme rigides, a pu être mise en évidence par les mesures AFM et SAXS réalisées à haute température sur des échantillons de PET/PEI semi-cristallins.

Doctorat en sciences, Spécialisation physique
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Soit a un anneau de valuation discrete complet, d'inegale caracteristique, et de corps residuel parfait k. Soit x un a-schema propre, plat, et semi-stable sur a. Le present travail est une contribution a l'etude de la structure recemment mise en evidence par hyodo-kato, fontaine, et al. Sur la cohomologie de de rham de la fibre generique de x. Nous nous interessons plus precisement a la structure rationnelle sur le corps des fractions de l'anneau des vecteurs de witt de k fournie par la cohomologie cristalline logarithmique de la fibre speciale y, munie de ses operateurs de frobenius et de monodromie. Nous montrons que celle-ci est l'aboutissement d'une suite spectrale, que nous appelons suite spectrale des poids, dont le terme initial est somme de cohomologies cristallines d'intersections de composantes de y, avec une differentielle donnee par des morphismes de restriction et de gysin. Cette suite spectrale est analogue a celles construites par steenbrink dans le cas complexe et rapoport-zink en cohomologie l-adique. Quand k est fini, elle degenere en e#2 et fournit une structure mixte sur son aboutissement. Elle permet de formuler une conjecture de monodromie-poids analogue a la conjecture classique en cohomologie l-adique. Nous la prouvons quand x est une courbe relative

Le lien entre la structure semi-cristalline et les propriétés d’usage (mécaniques, diélectriques et électro-actives) de films de copolymères fluorés électro-actifs développés pour des applications en électronique organique imprimée a été étudié. Les matériaux investigués sont des copolymères poly(VDF-co-TrFE) et des terpolymères poly(VDF-ter-TrFE-ter-CTFE) à base de fluorure de vinylidène (VDF), trifluoroéthylène (TrFE) et chlorotrifluoroéthylène (CTFE).Les films de polymères obtenus par évaporation du solvant sont étudiés par diffraction des rayons X (SAXS-WAXS), DSC, FTIR, DMA, spectroscopie diélectrique et cycles de polarisation afin de mettre en évidence l’impact de la composition et de la mise en forme (recuit, polarisation) sur la structure et les propriétés finales du matériau. Nous montrons ainsi qu’au sein des films de copolymères, la phase ferroélectrique (FE) coexiste avec une phase ferroélectrique défective (DFE). La fraction croissante de cette phase DFE avec la teneur en TrFE permet d’expliquer l’évolution des propriétés thermiques dont la transition de Curie. Une transition structurale continue, de la phase DFE vers la phase paraélectrique (PE), en température a été mise en évidence.La teneur en termonomère CTFE influence fortement la structure cristalline et les propriétés électro-actives des films de terpolymères (disparition du caractère ferroélectrique au profit du caractère ferroélectrique relaxeur (RFE)). Nous prouvons pour la première fois l’existence d’une transition structurale continue entre la phase RFE et la phase PE au voisinage de la température ambiante. Cette transition permet d’expliquer les propriétés exacerbées de ces matériaux (constante diélectrique et déformation sous champ électrique). Enfin, des analogies de comportement entre les copolymères et les terpolymères sont discutées, notamment l’évolution des phases cristallines sous champ électrique, afin de mieux comprendre le fonctionnement de ces polymères électro-actifs pour leur futur développement au niveau industriel
The relationship between semi-crystalline structure and properties of use (mechanical, dielectric and electroactive) of fluorinated copolymer films was studied for applications in organic electronics. Investigated materials are poly(VDF-co-TrFE) copolymers and poly(VDF-ter-TrFE-ter-CTFE) terpolymers based on vinylidene fluoride (TrFE), trifluoroethylene (TrFE) and chlorotrifluoroethylene (CTFE). Polymer films, obtained after solvent evaporation, are studied by X-ray diffraction (SAXS-WAXS), DSC, FTIR, DMA, dielectric spectroscopy and polarization cycles in order to highlight the impact of composition and processing (annealing, poling) on structure and final properties of material. We showed that the ferroelectric (FE) phase coexists with the defective ferroelectric (DFE) phase in copolymer films. The increasing fraction of DFE phase with TrFE content allows explaining the evolution of thermal properties. A continuous structural transition, from DFE phase to paraelectric (PE) phase was highlighted. The CTFE termonomer content highly influences the crystalline structure and the electro-actives properties of terpolymer films (loss of ferroelectric behavior in favor of relaxor ferroelectric (RFE) behavior).We proved for the first time the existence of a continuous structural transition between RFE phase and PE phase around room temperature. This transition allows explaining exacerbated properties of these materials (dielectric constant and deformation under electric field).Finally, analogies of behavior between copolymers and terpolymers are discussed, especially the evolution of crystalline phases under electric field, in order to better understand how these electro-active materials work for their future development at industrial level

Le lien entre la structure semi-cristalline et les propriétés d’usage (mécaniques, diélectriques et électro-actives) de films de copolymères fluorés électro-actifs développés pour des applications en électronique organique imprimée a été étudié. Les matériaux investigués sont des copolymères poly(VDF-co-TrFE) et des terpolymères poly(VDF-ter-TrFE-ter-CTFE) à base de fluorure de vinylidène (VDF), trifluoroéthylène (TrFE) et chlorotrifluoroéthylène (CTFE).Les films de polymères obtenus par évaporation du solvant sont étudiés par diffraction des rayons X (SAXS-WAXS), DSC, FTIR, DMA, spectroscopie diélectrique et cycles de polarisation afin de mettre en évidence l’impact de la composition et de la mise en forme (recuit, polarisation) sur la structure et les propriétés finales du matériau. Nous montrons ainsi qu’au sein des films de copolymères, la phase ferroélectrique (FE) coexiste avec une phase ferroélectrique défective (DFE). La fraction croissante de cette phase DFE avec la teneur en TrFE permet d’expliquer l’évolution des propriétés thermiques dont la transition de Curie. Une transition structurale continue, de la phase DFE vers la phase paraélectrique (PE), en température a été mise en évidence.La teneur en termonomère CTFE influence fortement la structure cristalline et les propriétés électro-actives des films de terpolymères (disparition du caractère ferroélectrique au profit du caractère ferroélectrique relaxeur (RFE)). Nous prouvons pour la première fois l’existence d’une transition structurale continue entre la phase RFE et la phase PE au voisinage de la température ambiante. Cette transition permet d’expliquer les propriétés exacerbées de ces matériaux (constante diélectrique et déformation sous champ électrique). Enfin, des analogies de comportement entre les copolymères et les terpolymères sont discutées, notamment l’évolution des phases cristallines sous champ électrique, afin de mieux comprendre le fonctionnement de ces polymères électro-actifs pour leur futur développement au niveau industriel
The relationship between semi-crystalline structure and properties of use (mechanical, dielectric and electroactive) of fluorinated copolymer films was studied for applications in organic electronics. Investigated materials are poly(VDF-co-TrFE) copolymers and poly(VDF-ter-TrFE-ter-CTFE) terpolymers based on vinylidene fluoride (TrFE), trifluoroethylene (TrFE) and chlorotrifluoroethylene (CTFE). Polymer films, obtained after solvent evaporation, are studied by X-ray diffraction (SAXS-WAXS), DSC, FTIR, DMA, dielectric spectroscopy and polarization cycles in order to highlight the impact of composition and processing (annealing, poling) on structure and final properties of material. We showed that the ferroelectric (FE) phase coexists with the defective ferroelectric (DFE) phase in copolymer films. The increasing fraction of DFE phase with TrFE content allows explaining the evolution of thermal properties. A continuous structural transition, from DFE phase to paraelectric (PE) phase was highlighted. The CTFE termonomer content highly influences the crystalline structure and the electro-actives properties of terpolymer films (loss of ferroelectric behavior in favor of relaxor ferroelectric (RFE) behavior).We proved for the first time the existence of a continuous structural transition between RFE phase and PE phase around room temperature. This transition allows explaining exacerbated properties of these materials (dielectric constant and deformation under electric field).Finally, analogies of behavior between copolymers and terpolymers are discussed, especially the evolution of crystalline phases under electric field, in order to better understand how these electro-active materials work for their future development at industrial level

Les polymères à base de fluorure de vinylidène (VDF) sont des matériaux électroactifs reconnus pour leurs performances fonctionnelles élevées exploitées par les effets piézoélectrique, pyroélectrique et électrocalorique. En plus de ces performances remarquables, leurs propriétés mécaniques, et notamment leur flexibilité, leur permet d’être incorporés dans des dispositifs flexibles conduisant à leur intégration dans une large gamme d'applications telles que les capteurs, le stockage d'énergie, les mémoires imprimées, la réfrigération électrocalorique, et les muscles artificiels. Les propriétés diélectriques des polymères à base de VDF sont fortement influencées par leur architecture macromoléculaire et leur structure semi-cristalline. Par conséquent, comprendre la relation entre la séquence chimique, la cristallinité et les propriétés électroactives est essentiel pour optimiser leurs performances et leur stabilité dans des applications ciblées. La modulation de leur électroactivité est directement associée au développement d’un polymorphisme cristallin, qui peut être modulé par des variations des conditions de traitement. L'objectif central de cette thèse de doctorat est de décrypter davantage les multiples structures semi-cristallines des polymères à base de VDF et de corréler le polymorphisme cristallin avec le comportement électroactif. Dans ce travail, nous avons particulièrement exploré l'intégration du copolymère P(VDF-co-TrFE) dans des dispositifs pyroélectriques, en mettant en évidence l'impact des processus de dépôt et de recuit sur la structure semi-cristalline et les propriétés pyroélectriques finales. Une combinaison de diffraction des rayons X, d’analyse enthalpique différentielle, de spectroscopie diélectrique et de mesures de cycles de polarisation a été utilisée pour optimiser la réponse pyroélectrique finale en fonction des méthodes de traitement des films. Ensuite, nous avons cherché à optimiser les systèmes P(VDF-ter-TrFE-ter-CTFE) utilisés pour la récupération d'énergie ou les applications de refroidissement en rationalisant l'impact des conditions de traitement - en mettant l'accent sur le rôle des solvants de dépôt - sur les propriétés ferroélectriques relaxeurs. Enfin, nous avons exploré l'utilisation de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire à l'état solide pour dévoiler la relation entre la structure macromoléculaire, le polymorphisme cristallin et les propriétés électroactives, ce qui nous permet de fournir une image plus claire de ces systèmes complexes en différenciant trois états différents d'ordonnancement dans ces matériaux : amorphe, rigide-amorphe et cristallin. En résumé, cette étude vise à établir des liens entre l'architecture macromoléculaire des polymères électroactifs et leur structure cristalline en film mince afin d'améliorer leurs fonctionnalités diélectriques pour des applications spécifiques
Vinylidene Fluoride (VDF)-based polymers are well-known electroactive materials with their high output functional performance leveraged by the piezoelectric, pyroelectric, and electrocaloric effects. Besides, their outstanding electroactive properties, their ability to be incorporated into flexible devices allow them to be integrated into a broad range of applications such as sensors, energy storage, printed memories, electro caloric refrigeration, artificial muscles devices. The dielectric properties of VDF-based polymers are strongly influenced by their macromolecular architecture and semi-crystalline structure. Consequently, understanding the relationship between chemical sequence, crystallinity and electroactive properties is essential to optimize their performance and stability in targeted applications. Modulation of their electroactivity is directly associated with the development of crystalline polymorphism, which can be refined by variations in processing conditions. The central objective of this Ph.D. thesis is to further decipher the multiple semi-crystalline structures of VDF-based polymers and correlate crystalline polymorphism with electroactive behavior. In this work, we particularly delved into the integration of P(VDF-co-TrFE) copolymer into pyroelectric devices, by highlighting the impact of the casting and annealing processes on the semi-crystalline structure and the final pyroelectric properties. A combination of X-ray scattering, differential scanning calorimetry, dielectric spectroscopy and polarization cycles measurements were used to probe the structural characteristics of P(VDF-co-TrFE) layers as function of the film processing methods, leading to the optimization of the final pyroelectric response. Next, we sought at the optimization of P(VDF-ter-TrFE-ter-CTFE) systems used for energy-harvesting or cooling applications by rationalizing the impact of processing conditions – with a focus on the role of the casting solvents – on the relaxor ferroelectric properties. Finally, we have explored the use of solid state nuclear magnetic resonance spectroscopy to unravel the relationship between macromolecular structure, crystalline polymorphism and electroactive properties, which allows us to provide a clearer picture of these complex systems by differentiating three different states of ordering in these materials: an amorphous, rigid-amorphous and crystalline phases. In summary, this study aims to establish connections between the macromolecular architecture of electroactive polymers and their thin film crystalline structure to enhance their dielectric functionalities for specific applications

Dans ce travail nous avons discutés les structures cristallines de 7 nouveaux composés semi-organiques par la diffraction des Rayons X. Les structures cristallines ont été résolues par les méthodes directes en utilisant le programme SIR92. Toutes les structures ont été affinées par les méthodes de moindre carrés à l'aide du programme SHELX intégré dans le logiciel Wingx. La détermination des susceptibilités électriques non linéaires du troisième ordre ( exp χ ) des composés organiques inorganiques a été déduite de l'expérience du mélange quatre ondes dégénéré (DFWM) à 532 nm. Nous avons également étudiés à 1064 nm de la contribution électronique de la susceptibilité électrique non linéaire du troisième ordre ( <3> THG χ ) sur des couches minces, ainsi que sur un cristal. Les mesures de la susceptibilités effectives non linéaires du second ordre ( <2> eff χ ) des matériaux non centrosymétrique sur la poudre polycristalline en fonction de la température par la méthode de Kurtz et Perry.

L’utilisation du Polyamide 66 dans l’industrie automobile est en forte croissance car il offre à un bon compromis légèreté/propriétés mécaniques pour les applications de structure. A noter que pendant le service d’un véhicule, les pièces en polyamides sont souvent soumises à des sollicitations mécaniques très sévères aboutissant à une dégradation progressive du matériau. Récemment. E. Mourglia-Seignobos (thèse 2009), a montré que l’endommagement du polyamide 66 implique des mécanismes de cavitation et de microcraquelure dans la phase amorphe. Afin d'améliorer la durabilité de ce matériau, nous avons modifié la cohésion de sa phase amorphe via l'introduction de fonction phénolique à forte interactions intermoléculaires. Nous proposons une méthode de préparation de copolyamides bloc, à base du polyamide 66 et des noyaux phénoliques, par extrusion réactive. Nous montrons que, contrairement à la co-polycondensation classique, la structure cristalline de ces copolymères n’a pas été significativement modifiée, surtout à faible taux de PA6HIA. Les propriétés mécaniques et particulièrement la tenue en fatigue de ces copolymères dépassent largement celles du PA66. Les résultats obtenus mettent en évidence l’impact de la cohésion de la phase amorphe sur les propriétés ultimes de polymères semi-cristallins d’une part, et ouvrent la voie vers une meilleure augmentation de la durabilité de ces matériaux via le perfectionnement de leur phase cristalline d’autre part
The use of polyamides in the automotive industry has grown significantly over the last years with the demand to reduce vehicle weight and also to increase fuel efficiency. Polyamide 66 having excellent chemical resistance, mechanical strength and toughness becomes the largest engineering thermoplastic used in automotive components. These latter are often submitted to repeated stress during service and their mechanical properties decline progressively until the failure. E. Mourglia-Seignobos (thesis 2009), pointed out that damage of polyamide 66 involves voids nucleation and growth in the amorphous phase. In order to improve the durability of this material, we tailored the cohesive energy of its amorphous phase by introducing phenolic moieties offering strong intermolecular H-bonds interactions. We proposed a preparation method of block copolyamides containing aliphatic polyamide 66 and phenolic groups (PA6HIA) by reactive extrusion. Microstructural characterizations pointed out that crystalline properties of resulting copolymers are not significantly altered at low PA6HIA content and that reactive extrusion is more appropriate than the in-situ copolymerization for the preparation of these materials. We showed that PA66/6HIA copolyamides having undisturbed crystalline features exhibit superior mechanical performance than the standard PA66, particularly longer lifetime under cyclic loading. The results of this work put in evidence the impact of the amorphous phase on the ultimate properties of semi-crystalline polymers in one hand, and open the way to a better increase of the durability of these materials by improving their crystalline features in another hand

Ce travail revisite la problématique des transitions de phases cristallines induites thermiquement et mécaniquement dans les polymères semi-cristallins à liaisons fortes. Ce point revêt une importance primordiale dans des matériaux où l'anisotropie de liaisons intermoléculaires (van der Waals vs hydrogène) conduit à l'existence de phases cristallines présentant une structure en feuillets des liaisons hydrogène. L'originalité principale réside dans le recours à l'expérimentation in situ pour le suivi de l'évolution structurale de ces matériaux polymorphes par diffraction et diffusion des rayons X sous rayonnement synchrotron. L'étude concerne les polyamides 11 et 6 et une attention particulière est portée à l'influence de ces transitions sur le comportement mécanique sous sollicitations uniaxiale et biaxiale. La caractérisation structurale confirme l'existence d'une transition de phase, la transition de Brill, vers une phase HT de symétrie hexagonale dans le cas de certaines structures cristallines (Alpha' et Delta' du PA11, Alpha défectueuse et Beta du PA6). Les formes stables (Alpha' du PA11 et Alpha du PA6) se reforment au refroidissement. Sous sollicitation uniaxiale, les polyamides se révèlent ductiles, quelle que soit la forme cristalline; une transformation ordre vers désordre intervient à T
This work revisits the problem of thermally and mechanically-induced crystal phase transitions in semi-crystalline polymers bearing H bonds. This point is of prime importance in materials where anisotropic intermolecular interactions (van der Waals vs H-bonding) gives rise to the existence of crystal phases with sheet-like H-bonded structures. The main originality of the present study lies in the use of in situ characterization of these polymorphic materials by wide angle and small angle X Ray scattering from a synchrotron source. Materials under concern are polyamides 11 and 6, and specific attention is paid to the role of these transitions on the mechanical behavior under uniaxial and biaxial drawing. The structural characterization confirms the existence of a phase transition, the Brill transition, towards a HT phase with hexagonal symmetry for some specific crystal structures (Alpha' and Delta' in PA11, Alpha defective and Beta in PA6). The most stable forms (Alpha' in PA11 and Alpha in PA6) rebuild upon cooling. Under uniaxial drawing, polyamides exhibit ductility, whatever the original crystal form is; an order towards disorder transition occurs for T

Etude des antimoniures polyalcalins (na-k)::(3)sb et (na-k-cs)::(3)sb. Proprietes electriques et cristallochimiques de couches minces et epaisses d'or et d'antimoine, soumises a l'action de vapeurs de sodium. Proprietes electriques d'oxydes mixtes de fer et d'elements alcalino-terreux, soumises a la phosphine. Hypotheses concernant l'action des gaz reducteurs

Ce travail revisite la problématique des transitions de phases cristallines induites thermiquement et mécaniquement dans les polymères semi-cristallins à liaisons fortes. Ce point revêt une importance primordiale dans des matériaux où l'anisotropie de liaisons intermoléculaires (van der Waals vs hydrogène) conduit à l'existence de phases cristallines présentant une structure en feuillets des liaisons hydrogène. L'originalité principale réside dans le recours à l'expérimentation in situ pour le suivi de l'évolution structurale de ces matériaux polymorphes par diffraction et diffusion des rayons X sous rayonnement synchrotron. L'étude concerne les polyamides 11 et 6 et une attention particulière est portée à l'influence de ces transitions sur le comportement mécanique sous sollicitations uniaxiale et biaxiale. La caractérisation structurale confirme l'existence d'une transition de phase, la transition de Brill, vers une phase HT de symétrie hexagonale dans le cas de certaines structures cristallines (Alpha' et Delta' du PA11, Alpha défectueuse et Beta du PA6). Les formes stables (Alpha' du PA11 et Alpha du PA6) se reforment au refroidissement. Sous sollicitation uniaxiale, les polyamides se révèlent ductiles, quelle que soit la forme cristalline; une transformation ordre vers désordre intervient à T
This work revisits the problem of thermally and mechanically-induced crystal phase transitions in semi-crystalline polymers bearing H bonds. This point is of prime importance in materials where anisotropic intermolecular interactions (van der Waals vs H-bonding) gives rise to the existence of crystal phases with sheet-like H-bonded structures. The main originality of the present study lies in the use of in situ characterization of these polymorphic materials by wide angle and small angle X Ray scattering from a synchrotron source. Materials under concern are polyamides 11 and 6, and specific attention is paid to the role of these transitions on the mechanical behavior under uniaxial and biaxial drawing. The structural characterization confirms the existence of a phase transition, the Brill transition, towards a HT phase with hexagonal symmetry for some specific crystal structures (Alpha' and Delta' in PA11, Alpha defective and Beta in PA6). The most stable forms (Alpha' in PA11 and Alpha in PA6) rebuild upon cooling. Under uniaxial drawing, polyamides exhibit ductility, whatever the original crystal form is; an order towards disorder transition occurs for T