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Flexible Electro-Active Materials

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Academic year: 2021

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Texte intégral

(1)

HAL Id: hal-01714979

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01714979

Submitted on 22 Feb 2018

HAL is a multi-disciplinary open access

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Flexible Electro-Active Materials

Raynald Seveno, Thibault Dufay, Benoit Guiffard, Mohammed El Gibari,

Julien Le Scornec, Jean-Christophe Thomas, Pierre-Jean Cottinet, Mickael

Lallart, Lionel Petit, Vincent Le Cam

To cite this version:

Raynald Seveno, Thibault Dufay, Benoit Guiffard, Mohammed El Gibari, Julien Le Scornec, et al.. Flexible Electro-Active Materials. World Electronics Forum, Oct 2017, Angers, France. 2017. �hal-01714979�

(2)

INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES

1

Flexible Electro-Active Materials

Aim:

Synthetic blade of grass to convert

wind energy into electricity

Solution:

Use of flexible piezoelectric

thin films

Support:

Financial support provided by

the french region Pays de la Loire and

RFI WISE

• Energy harvesting from other ambient

energy sources (wave energy, body motion)

• Smart sensors (biomedical, buildings,

health care, IOT, smart cities)

• Actuators showing high displacements

(centimeter range)

R. Seveno

1

, T. Dufay

1

, B. Guiffard

1

, M. El Gibari

1

, J.Le Scornec

1

, J-C. Thomas

2

, P.J. Cottinet

3

, M. Lallart

3

, L. Petit

3

, V. Le Cam

4

1

IETR,

2

GeM, University of Nantes (France)

3

LGEF, INSA de Lyon (France)

4

IFSTTAR, Nantes (France)

Email : raynald.seveno@univ-nantes,fr

1

WEF – October 21-28 2017

High bending mode actuation properties

Scheme of the equivalent circuit

of the energy harvesting device :

Energy harvesting

Piezoelectric current

Mechanical excitation of the

piezoelectric blade

Others applications

N-air-J and MIGAC projects

Flexible piezoelectric thin films

Cut able

3D shape

1

2

3

4

-180

-120

-60

0

60

120

180

V

o

lta

g

e

(m

V

)

Time (s)

Flexible and watertight

low cost: 280 €/m²

0.5 cm × 4 cm beam = 5.6 cents

Harvesting device working at

very low frequencies

1

3

3

Fabrication process easily transferable to industry

Non conventional shapes

Flexoelectricity: Mechanical-to-electrical coupling between strain gradient (curvature) and electrical polarization

P

flex

in every solid dielectrics

Flexoelectric effect in soft polymer films may be used for the development of low

cost and easy to implement elastomer-based large curvature sensors on highly flexible metallic structures

Curvature

Flexoelectric

coefficient

C

x

S

P

flex

PU thin films (e=6 µm) deposited onto Al foil /PET flexible cantilever

direct sensing of large curvature (80 m

-1

) = radius of curvature (

1 cm)

Polyurethane (PU) film

Strain gradient

@ 3 Hz

5 mm

disk-shaped

top electrode

connecting wire

PU/Al

foil/PET

trilayer

actuating piston

Bending cantilever

L = 31 mm

l

= 5 mm

ép = 155 µm

MIM structure

IDE structure

PZT on Aluminium

PZT on PET

Flexoelectric polymers for large curvature sensing

4

2

Output voltage

X 100

milimetric deflections at low applied voltages

ON/OFF " mode

Sinusoïdal electrical excitations

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