Sujet de Doctorats 2013 - IEMN

Titre : Conception et fabrication de micro-transducteurs à base de polymères électro-actifsFinancement prévu : bourse doctorale, ANRCofinancement éventuel :(Co) Directeur de thèse : Eric CATTANE-mail : eric.cattan@univ-valenciennes.frCo-directeur de thèse :E-mail :Laboratoire : Institut d’Electronique, de Microélectronique et Nanotechnologie (IEMN – UMR 8520)Groupe de recherche : MAMINAContexte :Les systèmes électroniques sont de nos jours en pleine mutation afin de répondre aux nouvellesexigences du marché : davantage de finesse et de légèreté ainsi qu’une meilleure adaptation à leurenvironnement et à leur usage quotidien. Un des enjeux majeurs de la recherche actuelle réside doncdans la transition vers une électronique sur support souple. Par ailleurs, de nombreuses activités derecherche gravitent également autour du développement et de l’intégration de nouvelles fonctionsactives couvrant un large domaine d’applications : micro-fluidique, micro-robotique, microinstrumentation,….Dans ce contexte, nous nous proposons donc de concevoir et d’intégrer des micro-transducteursperformants sur substrat souple réalisés à base de polymères électro-actifs.Objectifs :Les polymères électro-actifs utilisés dans le cade de ces travaux sont des polymères ioniques. Cesmatériaux ont la particularité de présenter de grandes déformations, de nécessiter une faible tension decommande (1-5V) et d’être capable de fonctionner en milieu liquide ou sous air. L’IEMN travaille encollaboration avec un laboratoire spécialisé dans la chimie des polymères (le LPPI) sur l’optimisationdes propriétés de cet actionneur et sur sa compatibilité avec les micro-technologies (en particulierlithographie et gravure réactive). En s’appuyant sur ces résultats, le doctorant aura en charge laréalisation de prototypes opérationnels. Trois démonstrateurs ayant des domaines d’applications variés,et présentant des degrés de risque différents, sont envisagés. Un premier prototype consiste en laréalisation d’un microréacteur micro-fluidique pour une application enzymologique, dans lequel lepolymère joue le rôle d’une micro-vanne permettant de contrôler le débit d’un fluide. La secondeapplication visée est la réalisation d’un micro-préhenseur à retour de force. Cette application exploite àla fois les propriétés d’actionneur et de capteur des polymères utilisés. Et enfin, il est également prévud’intégrer les polymères ioniques au sein d’une interface tactile pour écran souple. Dans ce dernier cas,l’utilisation de polymère permet d’obtenir des déformations statiques de grande amplitude : le toucherdu doigt sur l’écran permet alors de détecter des variations de topologie.Après une première phase de design des structures, des simulations (analytiques et par éléments finis)permettront de définir les géométries optimales permettant d’obtenir les forces et déformations lesmieux adaptées au cahier des charges. Dans un premier temps des cellules test seront réalisées afin de34