Electrostriction in Self-assembled Structures of Block Copolymers for Sensing and Energy Harvesting

Les polymères électrostrictifs suscitent un intérêt croissant en raison de leurs couplages électromécaniques intrinsèques, qui en font des candidats de premier plan pour une large gamme de technologies embarquées ou portables. Ils sont particulièrement étudiés pour des domaines de pointe tels que la microrobotique souple, la détection haute sensibilité, l’actionnement basse tension ou encore la récupération et la conversion d’énergie mécanique. Toutefois, malgré leur potentiel, leurs performances restent limitées par la faible valeur du coefficient de couplage électromécanique, lequel conditionne directement l’amplitude des déformations obtenues sous champ électrique ainsi que l’efficacité des dispositifs énergétiques. Le développement de matériaux polymères présentant une électrostriction géante représente ainsi un enjeu central, mais scientifiquement complexe, en raison de la difficulté à amplifier simultanément la polarisation et la réponse mécanique de ces systèmes. Une stratégie classique pour renforcer la polarisation consiste à incorporer des inclusions conductrices au sein d’une matrice polymère isolante, afin d’exploiter les phénomènes de polarisation interfaciale de type Maxwell-Wagner-Sillars. Cette stratégie a permis d’améliorer le couplage électromécanique dans de nombreux composites polymère-nanoparticules, mais reste limitée par des problèmes récurrents d’agrégation, d’hétérogénéité locale et de faible reproductibilité. Dans cette thèse, nous proposons une approche novatrice reposant sur l’auto-assemblage de copolymères à blocs pour concevoir une nouvelle génération de films nanostructurés présentant un couplage électromécanique renforcé. Grâce à leur architecture séquencée, les copolymères à blocs permettent de générer des architectures périodiques bien définies, offrant un contrôle sans précédent sur la distribution spatiale des domaines conducteurs et isolants. Contrairement aux stratégies classiques basées sur l’ajout de nanoparticules dispersées, cette méthode garantit une microstructure fortement organisée et exempte d’agrégation, assurant une réponse électrostrictive plus homogène, mieux prédictible et potentiellement amplifiée par les effets collectifs à l’échelle nanométrique. Ce travail de recherche s’appuie sur l’expertise du LCPO, dans la synthèse et la maîtrise de l’auto-assemblage de copolymères séquencés, ainsi que sur les compétences du CRPP en formulation, modélisation et caractérisation avancée de matériaux électrostrictifs.