Materiale pentru transport și dezvoltare durabilă

Activități

Îmbunătățirea proprietăților de utilizare a anumitor materiale ceramice - solide sau în straturi - este căutată printr-o optimizare integrată a întregului lor protocol de producție. Sunt studiate diferite tehnici de preparare a pulberilor ceramice: șampaj, co-precipitare, sol-gel, sinteză hidrotermală. Proprietățile care trebuie îmbunătățite necesită producerea de pulberi micro sau nanometrice și controlul dezvoltării lor în timpul sinterizării, astfel încât să se obțină un material solid cu o microstructură controlată. Mai recent, am extins tehnica sol-gel la dezvoltarea straturilor ceramice funcționale pentru utilizare mecanică.

Diferitele scale ale produsului ceramic sunt optimizate în mod specific:

la scara atomica: cercetarea si optimizarea noilor compozitii chimice,

la scară nanometrică sau micronică: managementul microporozității, orientarea microstructurală,

în ceea ce privește forma finală a materialului (senzori și actuatori piezoelectrici ceramici noi, spume ceramice).

Subiecte de cercetare

Dezvoltarea straturilor sol-gel din noii precursori preceramici,

Elaborarea și caracterizarea straturilor pentru aplicații mecanice pe cale sol-gel,

Spume ceramice cu porozitate controlată,

Acoperiri ceramice pe fibre textile,

Oxizi piezoelectrici cu sau fără plumb,

Compozite piezoelectrice ceramică-polimer,

Fibre piezoelectrice cu miez metalic,

Senzori și actuatori piezoelectrici.

Aptitudini

Sol-gel, căi solide și hidrotermale - oxizi, neoxizi, hibrizi

Pentru dezvoltarea materialelor ceramice solide, sub formă de fibre sau în straturi pentru diferite aplicații (piezoelectrice, termomecanice, antibacteriene, modificarea umectabilității unei suprafețe etc.), laboratorul are expertiză în sinteza pulberilor și filmelor.

Laboratorul dezvoltă pulberi PZT și BNT-BT-BKT (Bi0,5Na0,5TiO3 - BaTiO3 - Bi0,5K0,5TiO3) pe cale solidă convențională și pulberi BNT pe căi hidrotermale și sol-gel.

În ceea ce privește filmele dezvoltate în laborator, acestea sunt produse prin sol-gel și compozit sol-gel (cu încorporare de pulbere) pentru oxizi (Al2O3, ZnO etc.) și prin lichid pentru non-oxizii de la precursori comerciali (alcoolați, polisilazani etc.) sau precursori.

Optimizarea microstructurilor prin sinterizare asistată

Varistori, ceramice piezoelectrice, transparente, straturi dense

Proprietățile acestor ceramice sunt strâns legate de microstructurile lor. Utilizarea tehnicilor de sinterizare neconvenționale face posibilă modularea microstructurilor și/sau realizarea unor rate de densificare foarte mari. Consecințele posibile ale sinterizării sub sarcină sau ale sinterizării de către SPS (în colaborare cu BCRC din Mons (B)) sau ale sinterizării prin încălzire cu microunde (în colaborare cu CRISMAT din Caen) sunt analizate, nu numai din punct de vedere al microstructurilor, ci tot din punct de vedere al proprietăților finale obținute.

Varistoarele studiate se bazează pe oxid de zinc, iar ceramica piezoelectrică este de tip titanozirconat de plumb. Proprietățile funcționale ale acestor materiale sunt strâns legate de caracteristicile microstructurale ale fritei (viteza de densificare, mărimea granulelor, natura fazelor secundare la limitele granulelor etc.).

Din punct de vedere al sinterizării, obținerea ceramicii transparente precum YAG (Yttrium Aluminium Garnet, Y3Al5O12) este legată de rata de porozitate reziduală (140 °).

Caracterizări specifice

Comportamentul piezoelectric, proprietăți antibacteriene, mecanice ale suprafețelor

Diferite tehnici de caracterizare sunt utilizate pentru a evalua proprietățile și performanța materialelor, solide sau în straturi, pentru aplicații mecanice, termomecanice, piezoelectrice și antibacteriene. Dintre acestea, găsim tehnici convenționale pentru caracterizări fizico-chimice (densitate, vâscozitate, microstructură etc.), dar și tehnici mai specifice fiecărui tip de material produs:

Pentru materialele piezoelectrice destinate aplicațiilor de testare nedistructive sau pentru recuperarea energiei, caracteristicile cercetate sunt proprietățile feroelectrice (ciclu de histerezis), constantele piezoelectrice (piezo-metru, vibrometru laser, tehnica de rezonanță electrică), deformările și solicitările generate de un aparat electric câmp în regim static sau dinamic (microscop confocal, microtracție) precum și energia recuperată sub vibrații sau solicitări mecanice.

Studiul comportamentului anti-bacterian al textilelor acoperite cu nano-ace de oxid de zinc implică tehnici specifice microbiologiei și fotocatalizei. Cantitativ, numărarea degradării bacteriilor și calcularea activității probei observate urmează standardul NF ISO 20743: 2009. Înțelegerea mecanismelor (efectul anti-proliferare al biofilmului), cum ar fi transferul de Zn 2+ într-o cultură bacteriană, poate fi detectată prin spectroscopie de absorbție atomică (dispozitiv disponibil la ISTV).

Pentru ceramică solidă și acoperiri ceramice, tehnicile clasice de indentare și instrumentate la diferite scări de sarcină (de la duritate la macrodurețe), folosind mai multe tipuri de indentare (Vickers, Knoop, bile etc.) sunt utilizate pentru a măsura proprietățile mecanice: duritatea, modulul de elasticitate, tenacitate VIF (Vickers Indentation Fracture), aderență (tenacitate interfață). Rezistența la uzură este măsurată prin teste pin-disc. Relația dintre microstructură și proprietățile mecanice și tribologice este studiată din analize SEM și prin microscopie confocală a suprafețelor.