Les polymères électroactifs, ou EAPS (Electroactive polymers) sont des polymères dont la forme ou la taille changent quand ils sont stimulés par un champ électrique. L'utilisation principale de ce type de matériau est la fabrication d'actionneurs et de capteurs. Une propriété intéressante des EAPs est qu'ils sont capables de grandes déformations, mais aussi de forces importantes. La plus grande partie des actionneurs actuels est fabriquée à partir de céramiques piézo-électriques. Ces matériaux sont certes capables de produire des forces particulièrement élevées, cependant leur domaine de déformation n'excède pas quelque pourcents. Durant les années 1990, il a été démontré que certains EAPs sont capables d'une déformation de 380 %^[1], ce qui est particulièrement largement supérieur à n'importe quelle céramique utilisée aujourd'hui. Une autre application des EAPs est dans le développement de la robotique, dans le développement de muscles artificiels. Le fonctionnement d'une pince en EAP est décrit dans la figure 1.

Historique des EAPs

L'étude des EAPs a commencé dans les années 1880, quand Wilhelm Rœntgen créa une expérience dans laquelle il testa l'effet d'un courant électrique sur les propriétés mécaniques d'un élastique^[2]. L'élastique était fixé à une extrémité, et il accrocha une masse sur l'autre extrémité. Un champ électrique fut appliqué sur l'élastique pour étudier la variation de sa longueur selon le courant électrique appliqué. Sacerdote approfondissa l'expérience de Rœntgen en proposant une théorie sur la réponse de la contrainte de l'élastique selon le champ électrique appliqué, théorié formulée en 1899^[2]. Ce n'est qu'à partir des années 1925 que le premier polymère piézoélectrique fut découvert (Electret). L'électret fut constitué en combinant de la cire de carnauba, de la colophane, de la cire d'abeille, et en refroidissant le mélange lorsqu'une tension électrique continue lui était appliqué pour le polariser. Le matériau se solidifia en un polymère présentant des propriétés piezoélectriques.

Les polymères dont les propriétés fluctuent selon d'autres exitations qu'un champ électrique font partie de ce domaine d'étude. En 1949, Katchalsky et . al. démontrèrent que des filaments de collagène plongés dans un acide ou dans une solution alcaline présentent un changement significatif de volume[2]. Les fillaments de colagène se contractent en solution alcaline et se détende en solution acide. D'autres stimuli (comme la variation de pH) ont été testés, cependant la recherche s'est plus portée sur les polymères électro actifs car ceux-ci sont les meilleurs prétendants à l'imitation de dispositifs biologiques complexes.

Ce n'est qu'à partir des années 60 que des progrès significatifs sont effectués. En 1969, Kawai fut capable de démontrer que le fluoride polyvinylidene fluoride (PVDF) présente un effet piezoélectrique particulièrement important[2]. Cette brillante découverte a permi la recherche de polymères ayant des propriétés identiques à celles du PVDF. En 1977, les premiers polymères conducteurs sont découverts par Hideki Shirakawa et . al [3]. Shirakawa, en collaboration avec Alan MacDiarmid et Alan Heeger démontra que le polyacetylene était conducteur, et qu'en le dopant avec de la vapeur d'iode, il est envisageable d'augmenter sa conductivité de 8 ordres de grandeur. Sa conductivité fut comparable à celle d'un métal. A partir des années 80, la plupart de polymères ayant des propriétés conductrices ou piezzoélectriques sont découverts.

Au début des années 90, les polymères composite métal-ion (IPMC) sont développés et présentent des propriétés électro-actives bien supérieures à celle des premiers EAPs. L'avantage principal des IPMCs est qu'ils présentent des déformations suite à des excitations électriques inférieures à 1 ou 2 volts[2].

Types of Electroactive Polymers

Dielectric EAPs

Ferrœlectric Polymers

Electrostrictive Graft Polymers

Liquid Crystalline Polymers

Ionic EAPs

Electrorheological Fluid

Ionic polymer-metal composite

Comparison of Electronic and Ionic EAPs

Characterization

Stress-Strain Curve

Dynamic mechanical thermal analysis (DMTA)

Dielectric thermal analysis (DETA)

Applications of EAP

Future Directions

Voir aussi

Notes et références

Liens externes

• EAP Webhub
• Artificial Muscle, inc. - High Volume Manufacturer - Dielectric Elastomer
• Strategic Polymer Sciences, Inc. - Electroactive Polymer (EAP) - Films - High Energy Density Capacitors - High Strain Actuators
• Micromuscle AB
• Article from YCES electrochemistry encyclopedia
• Optotune LLC
• Electroactive Polymers as Artificial Muscles
• Creepy Concept Videos of EAP´s performing
• Danfoss PolyPower
• An SPIE article on EAP science and technology
• Polymers & Liquid Crystals

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