Academic literature on the topic 'Élaboration de membranes'

Le travail présenté ici porte sur la réalisation d’un matériau polymère piézoélectrique destiné à être l’élément sensible d’un capteur de déformation de tissus biologiques. Cela comprend notamment l’étude de l’assouplissement du copolymère P(VDF-TrFE) nécessaire pour se rapprocher des propriétés mécaniques d’une artère, sans dégrader son coefficient piézoélectrique. Des films de P(VDF-TrFE) plastifiés avec du phtalate de diéthyle (DEP) ont été réalisés selon différents protocoles incluant enduction ou spin-coating et polarisation sous haute tension pour activer les propriétés ferroélectriques. Selon les conditions d’élaboration, deux structures distinctes de films ont été obtenues avec des propriétés physiques propres à chacune. Dans le premier type de film, l’étude de la morphologie et des courbes d’hystérésis polarisation-champ électrique a permis de mettre en évidence une nouvelle structuration du matériau, avec la démixtion du plastifiant dans la matrice. Le champ coercitif est dans ce cas fortement abaissé ce qui permet une réduction de la haute tension de polarisation nécessaire allant jusqu’à 40%, même lorsque que le film ne contient plus que 50wt% de P(VDF-TrFE). Le second type de film, obtenu après recuit à plus basse température, présente au contraire une structure quasi homogène et des propriétés proches d’une loi de mélange. Le champ coercitif reste comparable à celui du P(VDF-TrFE) pur mais la flexibilité du matériau est fortement accrue. L’étude des propriétés mécaniques a montré que le plastifiant peut réduire le module de Young du copolymère à 40MPa avec 30wt% de DEP dans le film. De surcroit la polarisation rémanente et le coefficient piézoélectrique sont également renforcés. Des tests in vitro et in vivo, réalisés sur des artères, de capteurs basés sur ces derniers films ont démontré le haut potentiel du matériau à détecter des déformations de tissus mous et à fonctionner aux fréquences biologiques humaines
The work presented here focuses on the preparation of a piezoelectric polymer material aimed to be the sensitive element of a strain sensor of biological tissues. This includes the study of the softening of the copolymer P(VDF-TrFE) necessary to be close of the mechanical properties of an artery, without reducing the piezoelectric coefficient. Plasticized P(VDF-TrFE) films with diethyl phthalate (DEP) were made according to different protocols including doctor blade technique or spin-coating and polarization under high voltage to activate the ferroelectric properties. Depending on the preparation conditions, two distinct structures were obtained with physical properties specific to each of them. For the first type of film, the study of the morphology and the hysteresis loops polarization-electric field showed a new structure of the material, with a demixing of the plasticizer in the matrix. In this case, the coercive field is strongly reduced which allows a decrease of the required high polarization voltage up to 40%, even if the film only contains 50wt% of P(VDF-TrFE). The second type of film, obtained after an annealing at lower temperature, has an almost homogeneous structure and properties close to a mixing law. The coercive field remains comparable to that of the pure P(VDF-TrFE) but the flexibility of the material is greatly increased. The study of the mechanical properties showed that the plasticizer can reduce the Young modulus to 40MPa for 30wt% of DEP in the film. In addition, the remanent polarization and the piezoelectric coefficient are also reinforced. In vitro and in vivo experiments, performed on arteries, of sensors based on these films demonstrated the high potential of the material to detect the strain of soft tissues and to function at biologic human frequencies

Dans le cadre de la diversification des sources énergétiques, les piles à combustible apparaissent comme une technologie prometteuse. La pile à combustible est un système électrochimique qui convertit l'énergie chimique d'une réaction d'oxydoréduction en énergie électrique, avec production simultanée d'eau et de chaleur. La membrane électrolyte polymère est l'un des verrous technologiques sur lesquels bute le développement des piles à combustible, avec des impératifs de performance, de longévité, de recyclage et de coût. Des études précédentes proposaient comme alternative au Nafion®, le matériau utilisé actuellement, des membranes à base d'un polyélectrolyte thermoplastique polyéthersulfone, associé éventuellement à une charge inorganique. L'objectif de ce travail était d'élaborer à partir de ce matériau des membranes par extrusion alors que les polymères fonctionnels de ce type sont généralement mis en forme par des techniques de coulée-évaporation polluantes, ce qui les rend difficilement transposables à l'échelle industrielle. L'extrusion, procédé largement utilisé dans l'industrie de transformation des matériaux, n'avait pas été utilisée jusqu'à présent pour la mise en forme de polymères ioniques porteurs de fonctions arylsulfoniques. Pour extruder ce type de polymère sans risque de dégradation, il a fallu vérifier l'adéquation entre le matériau et le procédé de mise en forme. Plusieurs types de polysulfones, commerciaux, sulfonés ou synthétisés par les partenaires du projet, ont été caractérisés d'un point de vue physico-chimique par la détermination des masses molaires, des transitions thermiques, et d'un point de vue rhéométrique sur une large gamme de températures et de gradients de cisaillement, de manière à connaître leur comportement en écoulement et prévoir les conditions d'extrusion. Des films ont été extrudés, leurs conductivités sont similaires à celles des membranes élaborées par coulée-évaporation et proches de celle du Nafion®. Par ailleurs, nous avons montré que l'incorporation d'une charge conductrice protonique permet de moins sulfoner le polysulfone pour un même niveau de conductivité, tout en maintenant un niveau de viscosité suffisamment faible pour permettre d'extruder ces matériaux composites. L'incorporation de charges de renfort a été également envisagée, l'extrusion de ces composites a été validée. Ce travail pourra être étendu à d'autres polymères conducteurs protoniques, comme les polyétheréthercétones et les polyétherimides, dont les membranes réalisées par coulée-évaporation ont déjà démontré leurs performances en pile à combustible
The aim of these studies was to process membranes by extrusion to be used in fuel cells. The functional polymers used are generally processed by polluting techniques like casting-evaporation, which are not easily transposable on industrial scale. Extrusion is a widely used shaping operation in the polymer processing industry. However, extrusion had not been used until now for arylsulfonic ionic polymers. In order to avoid any risk of degradation of the polymer during extrusion, it was necessary to define the best processing conditions. On one hand, the physicochemical characterization of the polysulfones (commercial) and sulfonated polysulfones (or synthesized by the project partners), were performed by determining their molecular weights and their thermal transitions. On the order hand, their flow behaviour was characterized over a wide range of temperatures and shearing rates using rheometric techniques. The combination of these two characterizations allowed to define the appropriate extrusion conditions. For the extruded films, the conductivities, measured by impedance spectroscopy were found to be similar with those of the membranes processed by casting-evaporation and close to those of Nafion® membranes. In addition, the incorporation of a proton-conducting filler and reinforcing fibres was also considered and the extrusion of these composite materials was validated. This work could be extended to other proton-conducting polymers, like polyetherethercetones and polyetherimides, whose membranes produced by casting-evaporation have already shown their performances in the fuel cells

Un nouveau type de membrane organo-inorganique de nanofiltration obtenue par depot de proteines sur une ceramique poreuse est presente. Le travail consiste a rechercher son protocole d'elaboration selon un critere de retention maximale puis a etudier ses proprietes a l'aide de modeles classiques. Le protocole d'elaboration comprend un conditionnement du support ceramique par filtration tangentielle d'une solution proteique (ici de la gelatine) suivi d'une modification du depot forme par traitements chimique (ici un tannage au formol) puis thermique. La membrane a ete caracterisee en permeation et en retention avec des solutions aqueuses de solutes de masses molaires connues. L'exploitation des resultats a permis de montrer principalement que, d'une part, le rayon moyen de pore est voisin de 2 nanometres, ce qui correspond a un seuil de coupure de 2 kg/mol, d'autre part, la permeabilite a l'eau est bien superieure a celle des membranes de nanofiltration classiques ce qui permet de travailler dans des conditions de faible depense energetique. La membrane offre une bonne reproductibilite des resultats. La couche proteique qui la constitue est tres mince, de structure resserree et uniforme, resistante aux attaques chimiques et biologiques. De plus le support est regenerable par application de cycle de lavage avec des solutions acide et basique. Enfin elle est biocompatible donc d'interet certain pour le domaine des bioindustries. Le protocole developpe devrait pouvoir etre applique a la fabrication de membranes presentant d'autres fonctions (catalyse, separation specifique,. . . )

Ce travail presente l'elaboration d'une nouvelle membrane conductrice ionique en nasicon (na::(3)zr::(2)si::(2)po::(61)). Les tests d'echanges ioniques montrent la possibilite d'echange entre des ions na**(+) et des cations ag**(+), k**(+), li**(+) et na**(+))

Ces travaux sont une contribution aux efforts aujourd'hui menés pour tenter de trouver de nouveaux polyélectrolytes alternatifs à l'utilisation de la membrane référence des piles à combustible, la membrane Nafion® de Dupont de Nemours. L'ensemble de ce travail porte sur l'étude de l'effet de la sulfonation sur les mouvements moléculaires du polysulfone sulfoné et sur l'effet de l'introduction de particules de laponite modifiée sur les processus de transport des molécules d'eau et sur la conductivité ionique de ces nouvelles membranes hybrides. La diminution de la taille moyenne des mouvements coopératifs après sulfonation a permis de mettre en avant le confinement de la phase amorphe du polysulfone attribué, par analogie au modèle de structure de la membrane Nafion®, à la réorganisation des segments de chaînes du polysulfone sulfoné en clusters de groupements ioniques. De plus, l'introduction de laponite-SO3H, par une augmentation de la concentration en sites ioniques et par l'affinité que possèdent ces particules pour l'eau, a montré l'accélération de la diffusion des molécules d'eau et l'amélioration de la conductivité ionique de ces membranes composites
The present work aims at finding alternative materials for the reference membrane for fuel cells, the Nafion® membrane from Dupont de Nemours. It concerns the effect of the sulfonation of polysulfone on the polymer segment motions, and that of modified laponite particles dispersed in sulfonated polysulfone on the water transport and the proton conductivity of these new hybrid membranes. The decrease, after sulfonation, in the cooperative motion average sizes allowed us to suggest a confinement of the glassy polymer chains in ionic clusters formed by interactions between sulfonic groups, in much a similar way as those formed in the Nafion® membrane. Moreover, the incorporated laponite-SO3H particles favor water diffusion and enhance the ionic conductivity of the composite membranes, by increasing the total content in ionic groups and the overall water affinity

Dans le but de fournir une alternative aux membranes perfluorees pour piles a combustible a electrolyte polymere, plusieurs membranes polymeres a conduction protonique ont ete elaborees et caracterisees leurs proprietes electrochimiques et physiques, notamment leur stabilite mecanique et thermique, ont ete etudiees. La premiere famille de membranes est obtenue, par dispersion d'une poudre inorganique superconductrice protonique (h#3sb#3p#2o#1#4,xh#2o, = 10#-#2s. Cm#-#1) dans une matrice polymere commerciale epdm. Malgre leurs conductivites assez elevees, ces membranes composites ne repondent pas aux exigences requises, en raison de la chute ohmique qu'elles occasionnent et de leur permeabilite aux gaz. Dans la deuxieme approche, nous avons selectionne, comme matrice polymere, un ionomere thermoplastique, pss, ce dernier etant prepare par sulfonation du poly (arylene ether sulfone). Ces membranes composites repondent au cahier des charges des piles a combustible a membrane echangeuse de proton, notamment en matiere de stabilite thermique, mecanique et electrochimique ; leur conductivite protonique etant voisine de celle de nafion# 117. De plus, elles presentent une permeabilite aux gaz bien inferieure a celle du nafion# 117 et ont ete evaluees avec succes sur un banc de test pendant 500 heures. Enfin, leur prix assez faible permettrait d'envisager une industrialisation dans un proche avenir.

Le Nafion a été considéré comme électrolyte modèle pour les piles à combustible (PAC), grâce à sa stabilité thermique et chimique ainsi que sa bonne conductivité protonique. Cependant, la conductivité protonique du Nafion se détériore à des taux d’humidité < 50% et à des températures >80°C. Pour cette raison de nouvelles membranes hybrides ont été élaborées afin d’en améliorer les performances. Plusieurs pistes ont été envisagées comme par exemple i) Membranes à base de chitosane, considéré comme le second polysaccharide le plus abondant après la cellulose. Ce polymère naturel permet d’assurer la stabilité physique et chimique de la membrane en présence d’eau, sans oublier son coût de revient qui reste moins cher en comparaison avec celui du Nafion et ii) Membranes à base de Nafion et d'argiles fibreuses (HNT), ces dernières confèrent à la membrane une conductivité protonique élevée en construisant des voies de transfert larges et continues. Cela permet aussi d'améliorer les propriétés thermiques et mécaniques des PEM. Notre étude est basée sur l'élaboration de membranes composites, nafion, chitosane et HNT. Des mesures de conductivité ont été entreprises et les valeurs obtenues comparées à celles du nafion. Des mesures d'ac-électrogravimétrie ont aussi été entreprises afin de mieux aborder les mécanismes de conduction
The perfluoro-sulfonated ionomer membranes are employed as separators in many industrialapplications such as fuel cells, chloro-alkali industry, electrodialysis and gaining inclininginterest in aqueous rechargeable or redox-flow batteries where the knowledge of their ionictransport and transfer properties is fundamental.Particularly, Nafion is adopted as a referencemembrane for polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells due to its thermal stability andgood proton conductivity. However, Nafion membranes have several disadvantages such as a decrease in the proton conductivity at low relative humidity (<50%) and high temperatures(>80°C), and excessive dimensional changes due to the swelling/deswelling, leading tomechanical instabilities.To circumvent these problems, novel proton conducting membraneshave been developed, either by completely replacing or by using organic and/or inorganiccomponents to Nafion.3 In this regard, a large spectrum of membranes have been elaboratedconsidering many attributes such as high proton conductivity, physical separation between theanode and the cathode and fuel barrier characteristics, good chemical and physical stability andlow elaboration cost of the membrane. Two types of additives were examined to improve the performances, particularly : Membranes based on Nafion with Chitosan biopolymer. This naturel polymer is consideredas the second most abundant polysaccharide after cellulose.6 Chitosan improves the physical andchemical stability of the membrane in the presence of water, and it is considered as a less costlyadditive to Nafion7.The improvement of the proton conductivity with pristine chitosan isessentially challenging. Previous studies demonstrated that vehicularandGrotthuss mechanismjointly govern the proton transfer in chitosan membranes.In the vehicular mechanism, the protons diffuse together with solvent molecules in the form of hydronium ions byforming acomplex such as H5O2+ and H9O4+. In the Grotthuss mechanism, however, the protons jump fromone solvent molecule or functional group to the next by the continuous formation and breakingof hydrogen bonds. Membranes based on Nafion with Halloysite nanotubes (HNT). These clays confer to themembrane high proton conductivity by constructing large and continuous conductionpathways.These inorganic additives also improve the thermal and mechanical properties of PEM. Composite membranes of Nafion/Chitosan- SO3H and Nafion/HNT-SO3H are prepared. Theresulting composite membranes were studied by various conventional structural characterizationtechniques. H+ conductivity measurements were performed and the values obtained are higherthan those of pristine Nafion at various relative humidity (RH%) levels and temperatures (30°C-80°C). Our results highlight the beneficial character of functionalized chitosan biopolymer andHalloysite nanotube clays as additives to improve PEM performances