Contribution à l'étude du couplage électromagnéto-mécanique de polymères chargés : analyse micro-onde
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Abstract EN:
The impetus of this work was to investigate tbe electromagnetic and tensile properties of several commercially available plasto-ferrites (PFs) at ambient conditions, The approach involved selection of a set of PFs, and measuring their complex effective permittivity ε = ε’-jε” and permeability μ = μ’-jμ” under uniaxial stress at microwave frequencies (0. 1 - 6 GHz) and room temperature. We analyze the ε and μ spectra for tensilely strained PFs. Comparing our experimental ε data against several dielectric relaxational behaviors. We find that the main physics cannot be understood with a single relaxation mechanism. We then go on to consider the magnetic permeahility spectra in the microwave range of frequencies and show that an appropriate magnetization mechanism is given by the gyroinagnetic spin resonance mechanism. We use a combination of Bruggeman mean field analysis and Landau-Lifshitz-Cilbert (SBG) modeling to reproduce the experimental bimodal line-shape characteristics of the effective complex magnetic permeability. Thesé flndings are discussed in light of the polydispersity in size of the ferrites gains contained in the PFs. Tbe vibrating sample magnetometry investigations of the static magnetization are found to be consistent with this modeling. In addition, the analysis shows also bow magnetized PFs respond to electromagnetic waves, and we evaluate the hysteretic behavior of ε and μ. More importantly we show that the ε and μ measurements under stress can be explained in terms of a Gaussian molecular network model in the limit of low stress (GMNM). Then, the evolution of the frequency-dependent absorption spectra for plasto-ferrites and carbon black-filled ethylene butylacrylate (EBA) copolymer composites subjected to a uniaxial tension show one absorption spectrum bas a doublepeaked structure with two broad and symmetrical components. Finally, aging phenomena, the key achievement is that we present observational evidence for a three-stage aging with e change as the ln(t). The present results have important applications in magnetoactive smart composite materials, e. G. Flexible circuit technology in the electronics industry (sensors, actuators and micromechanical systems), functionahzed artiflcial skin and muscles for robotic applications.
Abstract FR:
Le but de ce travail est d’étudier les propriétés électromagnétiques et de résistance mécanique de plusieurs plasto-ferrites (PFs) disponibles dans le commerce, en milieu ambiant. On effectue la sélection d’un groupe de PFs et la mesure de leur permittivité ε = ε’-jε ” et de leur perméabilité μ = μ‘-j μ” effectives complexes sous contrainte uniaxiale dans le domaine micro-onde (0. 1 - 6 GHz) à la température ambiante. On analyse les spectres de ε et de μ. En confrontant les données expérimentales de ε avec plusieurs comportements de relaxation diélectrique, on trouve qu’un seul mécanisme de relaxation ne permet pas de comprendre entierement la physique. On continue en montrant que le mécanisme de résonance de spin gyromagnétique est,le mécanisme d’aimantation approprié. On combine la théorie du champ moyen de Bruggeman et le modèle de Landau-Lifshitz-Gilbert (B-LLG) pour reproduire les caractéristiques expérimentales de la perméabilité magnétique effective complexe. Ces conclusions sont discutées à la lumière de la polydispersion, en taille des grains de ferrites contenus dans les PFs. Les études de l’aimantation statique à partir d’un magnétomètre à échantillon vibrant (VSM) sont en accord avec ce modèle (B-LLG). De plus, l’analyse montre aussi comment les PFs aimantés se comportent avec les ondes électromagnétiques, et on évalue l’hystérésis de ε et de μ. Plus important, on montre que les mesures ε et μ sous contrainte peuvent être décrites par un Modèle du Réseau d’Elasticité de Chaînes Gaussiennes (MRECG) dans la limite de faible contrainte. Puis, l’évàlutionfréquentielle du spectre d’absorption des plasto-ferrites et des composites copolyméres d’Ethyléne-co-Acrylate de Butyle (EAB) chargés en noir de carbone soumis à une contrainte uniaxiale a montré un spectre d’absorption présentant deux pics avec deux composantes larges et symétriques. Enfin, lors de l’étude de vieillissement mécanique, le résultat principal est l’observation d’un vieillissement qui se produit en trois étapes avec des variations de ε en ln(t). Les résultats présentés ont d’importantes applications dans des matériaux composites magnétoactif intellignts, par exemple la technologie de circuit flexible dans l’industrie électronique (capteurs, systèmes actifs et systèmes micromécaniques), mise au point de peau et muscles artificiels pour des applications dans la robotique.