Piézorésistivité des matériaux composites magnétorhéologiques
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Abstract EN:
We have studied the conductivity of the composite material made of micron-sized nickel particles embedded in a silicone elastomer matrix in response to the applied pressure, temperature and magnetic field. The composite was cured at 80°C or at the ambient temperature and in the presence of an external magnetic field, in such a way that the magnetic particles formed structures aligned with the field. The samples cured at room temperature appeared to be non-conductive at zero pressure but very sensitive to the applied pressure. The resistance of these samples can vary from a few G at zero pressure to a few for a pressure ranging between 20 and 200 kPa, depending on the nature of conductive particles. For the same type of the composite, we have also obtained a very strong magnetoresistance - more than four orders of magnitude variation in resistance for a field ranging between 0 and 200 kA/m. However, the samples structured at 80°C show a low initial resistance at the end of cooling, and are much less sensitive to the applied pressure. We used these samples to study the thermoresistance: while heating, the resistance increases from a few to a few G We have developed a model to predict the behavior of these piezoresistive materials, which takes into account the surface roughness and the thickness of the oxide layer. Using this model, we characterized the residual thickness of the polymer layer between particles as well as the behaviour of such surface layer in the presence of a mechanical stress.
Abstract FR:
Nous avons étudié la conductivité de matériaux composites formés de particules micrométriques de nickel, dispersées dans une résine réticulable à base de silicone en fonction de la pression appliquée, de la température et du champ magnétique. Ces particules sont alignées suivant la direction du champ magnétique appliqué au cours de la réticulation de l'élastomère, effectuée soit à température ambiante, soit à 80 °C. Nous avons trouvé que les échantillons structurés réticulés à température ambiante ne sont pas conducteurs à pression nulle mais sont très sensibles à la pression appliquée. En effet, leur résistivité peut varier de quelques G pour une pression nulle à quelques pour une pression comprise entre 20 et 200 kPa selon la nature des particules conductrices. Sur ce même type de matériau nous avons également obtenu une très forte magnétorésistance qui varie de plus de quatre ordres de grandeur quand le champ augmente de 0 à 200 kA/m. En revanche, les échantillons structurés et réticulés à 80°C présentent une faible résistivité initiale à la fin du refroidissement, et sont beaucoup moins sensibles à la pression appliquée. Nous les avons utilisés pour étudier la thermorésistance: en chauffant ces échantillons leur résistance augmente de quelques à quelques G. Nous avons développé un modèle pour prédire le comportement piézorésistif de ces matériaux qui prend en compte la rugosité de surface et l'épaisseur de la couche d'oxyde. Par le biais de ce modèle, nous avons caractérisé l'épaisseur résiduelle d'élastomère entre particules et le comportement de cette couche de surface lors d'une sollicitation mécanique.