Dans ce chapitre on présentera les différents types de matériaux utilisés et la méthode d’élaboration par rayonnement Ultra-violet des systèmes polymères, polymères/cristaux liquides et ensuite on présentera les techniques de caractérisation et des dispositifs de mesure associés.
III.1. Matériaux utilisés et élaboration des systèmes polymères/CL:
III.1.1. Monomères : poly propylène-glycol-diacrylates (PPGDA
):
Le monomère principalement utilisé dans nos préparations des matériaux est le propylène-glycol- diacrylates (PPGDA). La structure chimique de la molécule est présentée sur la Figure III.1. Plus en détail, les monomères utilisés durant cette étude est le tripropylène glycol diacrylate (TPGDA : Cray Valley, France) [1], et les deux autres oligomères qui sont les polypropylènes glycol diacrylate de différente masse molaire (PPGDA540 et PPGDA900 : Sigma-Aldrich, France) [1].
Figure III.1: Structure chimique des polypropylènes glycol diacrylate (PPGDA)
Les monomères PPGDA sont des monomères difonctionnels qui diffèrent par leurs tailles de leurs motifs de répétition et plus précisément par la distance des points de réticulation des polymères formés. Cette distance conditionne la structure du réseau polymère formé.
III.1.2. Cristal liquide nématique E7:
Le cristal liquide E7 a été développé pour des applications en affichage. Le E7 est un mélange eutectique de composés cyanobiphényles et d’un ter-phényle qui présente une phase nématique sur une large plage de température autour de l’ambiante. Ce cristal liquide est largement utilisé dans l’élaboration de composites polymères/cristaux liquides car il possède une biréfringence élevée (∆n=0,22) et reste dans une phase nématique entre -62°C et +60°C, ce qui lui confère une large gamme d’utilisation en température. Au-dessus de 60°C, le mélange devient isotrope. Il présente une transition vitreuse à –62°C et une transition nématique-isotrope à 60°C. Ce mélange est stable thermiquement et photochimiquement, et présente une anisotropie diélectrique positive, cette dernière est essentiellement due au groupement polaire C≡N (cyano) (µ=4 Debyes).
La Figure III.2 montre la composition massique des cristaux liquides du mélange nématique E7 : il
s’agit d’un mélange de trois molécules cyanobiphényles (CB) et une molécule cyanoterphényle (CT) :
le 4-cyano-4’-n-pentyl-biphényle (K15, 5CB),
le 4-cyano-4’-n-heptyl-biphényle (K21, 7CB),
le 4-cyano-4’-n-octyloxy-biphényle (M24, 8OCB),
4-cyano-4’’-n-pentyl-p-terphényle (T15, 5CT).
L’utilisation du E7 était donc plus appropriée, du fait de sa phase nématique couvrant une plus large gamme de température. De plus, comme il s’agit d’un mélange eutectique, il se comporte comme s’il était constitué que d’un seul composé.
Figure III.2 : Structure chimique développée et composition du mélange nématique E7.
Le CL nématique E7 est une matière dont les molécules sont allongées et parallèles entre elles. Structurellement, il est constitué de molécules élémentaires présentant une partie souple et une autre rigide. La Figure III.3 représente un exemple d’un cristal liquide nématique (5CB). Les phases nématiques peuvent être soit uniaxes, soit biaxes ; Mais, c’est le plus souvent le premier cas qui se présente. Ce sont des phases où la seule brisure de symétrie est celle d’orientation et où le paramètre d’ordre est du type quadripolaire. Elles appartiennent à la famille dite des mésophases possédant uniquement de l’ordre orientationnel à grande distance, c’est à dire que les molécules d’un CL nématique ont la propriété de s’orienter dans une direction privilégiée. Lors de cette étude, nous avons utilisé le cristal liquide thermotrope commercial E7 (Merck, Allemagne) [1].
Figure III.3 : Structure chimique du cristal liquide nématique 5CB
III.1.3. Le photo-amorceur – Darocur1173:
Pour la préparation des échantillons d’un système polymère/CL sous rayonnement Ultraviolet/Visible (UV), l’utilisation d’un photo-amorceur est nécessaire pour déclencher la réaction radicalaire. Le photo amorceur employé dans cette étude est le « 2-hydroxy-2-méthyl-1- phényl-propan-1-one » qui est un photo-amorceur radicalaire connu sous le nom commercial
« Darocur1173 », couramment utilisé en photo-polymérisation UV. Le Darocur 1173 est commercialisé par CIBA-GEICY (Suisse) [1] qui se présente sous forme d’un liquide incolore (Figure III.4).
Figure III.4 : Structure chimique du 2-hydroxy-2-méthyl-1-phényl-propan-1-one (Darocur 1173).
Durant tous ce travail nous avons utilisé 2% en masse du Darocur 1173 par rapport à la masse du monomère (matière polymérisable). Une étude sur la photo-réactivité des acrylates et des méthacrylates a montré que cette concentration massique semble être optimale [1].
III.2. Elaboration des polymères et des systèmes polymères/cristaux liquides:
Les films à base de polymères et de cristaux liquide sont obtenus par séparation de phases par photopolymérisation UV d’un mélange de cristal liquide, de monomère et du photoamorceur de
50%, 60%, 70%, 80%, 90% en cristal liquide. La préparation du mélange se fait dans une salle rouge car le photoamorceur (Darocur 1173) est sensible à la lumière du visible. Le mélange doit être homogène avant d’être polymérisé, pour cela il est placé sous agitation mécanique pendant 8 heures ou plus.
Les mélanges monomère/Darocur 1173 et monomère/E7/Darocur 1173 sont déposés en sandwich entre :
1. une feuille de polyéthylène téréphtalate (PET) d’épaisseur de 13 µm et face NaCl pour les mesures infrarouge,
2. une lame thermiquement conductrice et une feuille PET de 13 µm pour les analyses optiques à lumière polarisée.
3. deux lames de verre séparées par des cales en mica ou de scotch double face d’épaisseurs différentes et préparées de manière appropriée pour les mesures diélectriques et électro- optiques.
Les échantillons pour la DSC sont préparés de la même façon que ceux préparer pour les mesures diélectrique et électro-optique, après avoir récupéré le produit entre les deux lames et les avoir mis dans des capsules DSC.
L’échantillon à polymériser est exposé à une source d’irradiation ultra-violette constituée de deux lampes Philips TL08. La longueur d’onde caractéristique de la lampe est de 365nm, et la durée d’exposition est différente selon la composition de l’échantillon. Lors de la réaction de photopolymérisation, les macromolécules se forment et la solubilité entre le cristal liquide et le polymère diminue jusqu’au passage à la barrière de miscibilité qui correspond à la séparation de phases et à la formation de domaines (gouttelettes) de cristal liquide à l’intérieur de la matrice polymère[2].
III.3. Techniques d’analyses expérimentales:
Les films à base de polymères et de cristaux liquides sont préparés par la méthode de séparation de phases induite sous polymérisation par rayonnement UV. Pour la réalisation des composites polymère/cristal liquide sous UV on rencontre souvent dans la littérature des dispositifs statiques où l’échantillon est placé immobile sous la lampe UV pendant des temps d’exposition
allant de quelques secondes à quelques minutes. Dans cette étude on a utilisé une source d’irradiation UV constituée de deux lampes (Philips TL08).
a) La source d’irradiation UV:
Pour l’irradiation des échantillons une source UV « Philips TL08 » (Figure III.5-a) a été utilisée dont la longueur d’onde est de = 365nm et l’intensité est I0
=1.5mW/cm2. Le spectre UV-visible de la source est présenté sur la Figure III.5- b.
(a) (b)
Figure III.5 : (a) : Photographie du dispositif UV et (b) : spectre de la lampe Philips TL08
Pour la polymérisation des mélanges sous UV, le dispositif permet de garder l’intensité de rayonnement constante après une stabilisation thermique d’envieront 15 min. Pour tenir compte des éventuels effets de la température on contrôle régulièrement la température à l’intérieure de la boite UV à l’aide d’un thermomètre. Il parait que la température reste quasi-constante varie entre 25 et 28°C indépendamment de la durée d’irradiation.
b) ATG (L'analyse thermogravimétrique):
Principe et instrumentation:
L'analyse thermogravimétrique consiste à mesurer la variation de masse d'un échantillon en fonction de la température. Une telle analyse suppose une bonne précision pour les trois mesures : poids, température et variation de température. Comme les courbes de variations de poids sont
souvent similaires, il faut souvent réaliser des traitements de ces courbes afin de pouvoir les interpréter. La dérivée de ces courbes montre à quels points ces variations sont importantes.
L’appareil se compose typiquement d'une enceinte étanche permettant de contrôler l'atmosphère de l'échantillon, d'un four permettant de gérer la température, d'un module de pesée (microbalance), et d'un thermocouple pour mesurer la température.
Figure III.6 : Schéma descriptive d’une analyse thermogravimétrique (ATG)
La microbalance est normalement sous atmosphère inerte (azote ou argon) ; ce gaz constitue un « couvercle » empêchant le gaz réactif de pénétrer dans l'enceinte du module de pesée, et le gaz doit être moins dense que le gaz réactif. L'appareil dispose d'un système de refroidissement, habituellement à circulation d'eau, afin de limiter les parties chaudes.
Cette analyse est très utile car il nous des renseignements sur la température critique TC de début de dégradation du matériau. Cette température critique sera prise comme une limite pour les analyses DSC (Analyse Thermique Différentielle).
L’analyse des monomères a été effectue par une ATG dans le but de calculer la température TC pour chaque monomère étudié à savoir le TPGDA, PPGDA540 et le PPGDA900. Notons que les
expériences de spectroscopie diélectrique effectuées en température sont dans la gamme de température tolérée c'est-à-dire que T≤ TC.
c) DSC (analyse calorimétrique différentielle à balayage):
L'analyse calorimétrique différentielle à balayage (DSC) permet de mettre en évidence toutes les transformations endo ou exothermiques susceptibles d'affecter un échantillon. Dans cette étude nous avons utilisé deux types de DSC de même marque (DSC Pyris Diamond- Perkin Elmer instruments) l’une fonction avec l’air comprimé et l’autre est couplée un avec système cryogénique.
Ce système permet de travailler de -72°C (l’aire comprimé) et de -100°C (azote liquide) à 600°C.
Les échantillons ont une masse de l'ordre huit milligrammes et sont caractérisés sous un flux bien déterminé. Les applications les plus courantes sont la détermination de températures de transition vitreuse, de températures de fusion et de mesures d'enthalpies de fusion ou de cinétiques de cristallisation de matériaux polymères [2]. Cette technique est largement utilisée dans la littérature pour étudier les composites polymères/cristaux liquides [3,4].
Principe et instrumentation:
La cellule de mesure DSC comprend un bloc cylindrique en argent de grande conductivité thermique intégrant un élément résistif enroulé pour un chauffage totalement symétrique (symétrie 3D) dans la chambre échantillon, des canaux de refroidissement pour le passage d’azote liquide ou d’air comprimé et un anneau de refroidissement pour la connexion de l’Intracooler (qui peut être installé en même temps que l’azote liquide). La construction étanche au gaz et les débitmètres massiques intégrés pour les gaz de purges et de protection permettent un couplage à un analyseur de gaz tel qu’un FTIR.
L’appareil PYRIS DIAMOND DSC (Differential Scanning Calorimetry) de PERKIN ELMER sera utilisé lors de cette étude. Le principe de fonctionnement de cet appareil est basé sur la mesure de l'énergie nécessaire pour établir une différence de température près du zéro entre la substance (échantillon destiné à la mesure) et matériau inerte de la référence (Figure III.7). Les deux fours porte-échantillon et référence sont soumis à un régime de température identique dans un environnement chauffé et refroidi à une vitesse contrôlée par un ordinateur à l’aide d’un logiciel (Pyris software version 4.00). La Figure III.7, représente la tête de mesure de l’appareil composée d’un porte-échantillon et d’une référence :
Figure III.7 : Tête de mesure du calorimètre
Lors d’étude par DSC, il est possible d’appliquer différentes rampes de températures suivant que l’on veut ou non « tremper » l’échantillon à analyser. Dans tous les cas, il convient d’utiliser des rampes adaptées aux types d’échantillons et phénomène à étudier. Effet, suivant les vitesses de chauffage et de refroidissement, les valeurs des différentes transitions peuvent être sous-estimées ou surestimés, voir même non détectables. Durant nos expériences nous avons adapté le même programme thermique pour tous les polymères et les composites analysés : 3 cycles aller-retour et à une vitesse constante de 10°C/m la plus utilisée dans le domaine des polymères et des composites.
Les échantillons (polymères et composites) destinés aux mesures sont récupérés entre deux lames de verre en ITO, après avoir encapsulé et pesé par une balance (Perkin Elmer AD-4 Autobalance) de haute précision.
Thermogrammes:
Sur la Figure III.8 est représenté un exempte de thermogramme obtenu par la DSC pour le polymère PPGDA900 (polymère réticulé). Ce thermogramme montre une transition vitreuse vers 50°C. Le calcul de cette température ce fait par le logiciel qui pilote la DSC comme il est montré sur la Figure III.9.
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 -6
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
Flux de chaleur (mW)
Température de l'échantillon (°C) PPGDA900-Poly
Montée
Descente
Figure III.8 : Thermogramme de polymère PPGDA900
Le calcul de la Tg par ce logiciel est très simple, il suffit de fixer deux points sur la courbe (x1, y1) et (x2, y2) et puis logiciel trace deux demi-droites. Avec la souris on essaye d’ajuster les deux demi-droites pour qu’elles soient tangentes à la courbe et parallèles et cliquant sur le bouton
« calculate », et le calcul de la Tg est fait automatiquement (Voir figure III.9).
Figure III.9 : Exemple de calcul de Tg pour le polymère PPGDA900
Dans le domaine des composite des composites polymères/cristaux liquides, on peut rencontrer des problèmes de détection ou d’interprétation des différentes transitions. Par exemple, la transition nématique/isotrope pour les systèmes polymères /CL à faible concentration du CL (<50%) donne un signal trop faible pour le détecter (problème de sensibilité de détection).
d) Microscope à lumière polarisée:
La microscopie optique à lumière polarisée est un outil idéal pour déterminer les transitions de phases ainsi que la morphologie des mélanges monomères/CL ainsi les composites [5, 6], la limite d’observation des objets est de l’ordre du micromètre. La connaissance des températures des transitions en fonction de la composition des mélanges monomères /CL permet alors de tracer les diagrammes de phases pour les trois mélanges TPGDA/E7, PPGDA540 et PPGDA900/E7.
Principe et dispositif expérimental:
Pour l’étude des échantillons (mélange monomère/E7) déposé en sandwich entre deux lames de verre thermiquement conductrice et optiquement transparente dans le visible. Le mélange est chauffé à une température assez suffisante pour rendre le mélange dans phase isotrope environ 5 minutes. Finalement, le mélange est refroidi et laissé au repos 5 minutes à température ambiante.
L’échantillon est alors prêt pour l’analyse microscopique. Dans le but de vérifier la reproductibilité des résultats, d’autres mélanges avec les mêmes compositions ont été analysés.
Le chauffage et refroidissent par l’azote liquide est assure par un système LINKAM associe au microscope MOP. Le MOP (Olympus) est équipé par une caméra d’acquisition « Live » et est piloté par un logiciel adapté (Figure III.10).
Figure III.10 : Dispositif de mesure pour analyse thermo-microscopique.
Tout les échantillons ont subit le même traitement thermique représenté par la Figure III.11, Il subisse 2 cycles de monté et descente en température durant lesquels les mesures sont réalisées[7,8].
Figure III.11 : Programme de température appliqué durant les mesures MOP
III.4. Spectroscopie infrarouge:
La spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF) est une technique couramment utilisée pour la caractérisation des polymères [7, 8]. Elle permet notamment de mesurer le degré d’avancement d’une polymérisation ou encore les modifications chimiques des systèmes polymères.
PDLCs. Cette technique n'a été que récemment utilisée pour l'étude des PDLCs [9,10]. Bentley et Koenig [9] ont suivi la polymérisation d’un mélange de 4-4’ bis (acroyl) biphenyl (BAB) et de E7 et plus récemment Bhargava, Wang et Koenig [11, 12, 13] ont étudié la formation de PDLC (NOA 65/E7) par cette méthode. Comparée à l’analyse enthalpique différentielle, cette méthode, qui permet de suivre les modifications chimiques dans les films PDLCs, est rapide, pratique et non destructrice.
De nombreuses techniques d'analyse ont été développées comme la transmission, la réflexion totale atténuée ou la réflexion diffuse ou la RTIR (Real Time Infrared Spectroscopy) [14, 15]. Pour notre étude on a utilisé la spectroscopie en transmission. Cette technique s’applique principalement à l’étude de films minces (quelques dizaines de micromètres).
a) Principe:
En spectroscopie infrarouge on soumet un échantillon du composé à étudier à une radiation, on effectue en fait un balayage de fréquences comprises entre 4000cm-1 et 400cm-1. Lorsque la fréquence de cette radiation incidente est égale à la fréquence de résonance de l'oscillateur harmonique, il y a absorption de l'énergie lumineuse et amplification des vibrations. Cet état excité ne dure qu'une fraction de seconde. Le retour à l'état fondamental libère l'énergie absorbée sous forme de chaleur.
Un spectre de transmission suit la loi de Beer-Lambert :
0 t
A= log(I )= ε×l×c
I (III.1)
où A est l’absorbance, I0 l’intensité incidente, It l’intensité transmise par l’échantillon, le coefficient d’extinction molaire (l/mol/cm), lest la longueur du trajet optique correspondant dans notre cas à l’épaisseur traversée (cm) et c la concentration en espèces absorbantes (mol/l). En général, le domaine de validité de cette loi s’étend pour des valeurs d’absorbance comprises entre 0,2 et 1,5.
On remarque d’après la loi de Beer-Lambert, que l’absorbance à une longueur d’onde donnée d’une espèce est directement proportionnelle à la concentration molaire de cette espèce. Ainsi pour calculer la disparition d’une espèce qui absorbe à une longueur d’onde quand on applique une dose D, on utilisera la formule :
λ (D) λ (D=0)
Conversion (%) = 100×(1 - (A ) )
(A ) (III.2)
Si on a la possibilité de suivre une bande d’absorption invariante à une longueur d'onde 0, il est alors possible de normaliser par rapport à ce dernier selon la formule III-3 :
0
0
λ
( ) λ λ
λ
(A A ) D
Conversion(%)=100 × ( 1 - )
(A A )(D=0)
(III.3)
Ce type de calcul est notamment très utile lorsqu'on suit l'avancement d'une réaction en utilisant des échantillons divers présentant des épaisseurs différentes. Pour le calcul de la conversion on peut utiliser la hauteur ou l’aire du pic en ayant défini une ligne de base de deux pics choisis (Figure III.12). Le taux de conversion est calculé à l’aide de la formule suivante :
810 (D=0) 810 (D) 810 (D=0)
(A ) -(A )
Conversion (%) = 100 ×
(A ) (III.4)
Figure III.12 : Calcul de taux de conversion
En général, pour déterminer la valeur maximale de conversion, on applique une dose d'irradiation suffisamment élevée pour que celle-ci n'évolue plus et on fait l’acquisition d’un spectre du matériau correspondant à cette conversion totale.
b) Préparation des cellules:
Les cellules à analyser sont préparées suivant l'état physique du matériau à analyser à température ambiante. Pour les matériaux liquides à température ambiante, on utilise souvent deux faces NaCl transparentes en infrarouge. Le matériau est alors mis en sandwich entre les deux faces.
L’échantillon liquide est généralement réalisé en confinant celui ci entre deux faces NaCl.
Comme la face NaCl présente une épaisseur trop importante (quelques millimètres). Nous avons préféré fermer la cellule à l’aide du film PET 13µm malgré les difficultés qu’il apporte dans l’analyse du spectre infrarouge. Donc nous avons remplacé une face NaCl par une feuille PET 13µm pour faciliter la polymérisation sous radiation UV.
Les avantages de la feuille PET de 13µm sont l’isolement du mélange de l’oxygène de l’atmosphère, évite l’écoulement de mélange liquide sur la face NaCl, ne présente pas de pic d’absorption (transmission) dans les zones de 810 et 1637 cm-1 qui nous intéressent et ne se dégrade pas avec l’évolution d’irradiation UV (Figure III.13). Le seul inconvénient de la feuille PET qu’on obtient un signal infrarouge saturé pour certains pics (Figure III.13).
40000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 20
40 60 80
feuille PET (13 µm) Vierge
feuille PET (13 µm) après irradiation de 30 min sous (UV)
Transmission (%)
Nombre d'onde (cm-1)
Superposition des deux courbes
Figure III.13 : Spectre infrarouge de la feuille PET 13µm (posée sur une face NaCl) avant et après irradiation sous rayonnement UV pendant une durée de 30 min.
La méthode choisie pour préparer la cellule de mesure est représentée sur la Figure III.14.
Sur une face NaCl, on dépose le mélange liquide d’une pipette pasteur au milieu de la face NaCl à l’intérieur d’une cellule adaptée, puis on dépose au-dessus une feuille PET 13 µm de même dimension que la face NaCl. Enfin, on effectue la fermeture de la cellule métallique destinée pour des mesures infrarouges.
Figure III.14 : Méthode de préparation des cellules de mesure du spectre infrarouge
c) Acquisition des spectres :
Les expériences ont été effectuées à l’aide d’un spectrophotomètre, modèle Perkin Elmer 2000.
Nous avons enregistré le spectre infrarouge de chaque échantillon avant et après chaque application de la dose pour un nombre d’onde situé entre 400 et 4000cm-1. Pour les différents systèmes que nous avons étudiés par spectroscopie infrarouge, il est possible de suivre la disparition des bandes d’absorption de la double liaison acrylique à 810 et à 1637cm-1. Dans le cas où il y a une forte concentration massique de cristal liquide dans la formulation, la bande d'absorption à 810cm-1 était inutilisable pour le calcul de la conversion des doubles liaisons. Elle était en effet masquée par des bandes provenant des molécules de cristaux liquides[16,17,18].
III.5. Electro-optique:
III.5.1. Principe et dispositif expérimentale:
La caractérisation électro-optique d’un matériau consiste à étudier sa réponse optique suite à l’application d’un champ électrique. Dans ce travail, la source lumineuse est la lumière rouge d’un laser de longueur d’onde nm.
Le dispositif expérimental de caractérisation électro-optique, mis en place lors de ce travail est représenté Figure III.15. Il comprend :
1. source de lumière rouge (Laser : LASOS Lasertechnik GmbH).
2. un générateur de fonctions (Selectronic : f = 2Hz- 2MHz), associé à un amplificateur de tension (VSmax = 350V) .
4. convecteur courant-tension reliée à une carte d’acquisition .
5. Multimètre utilisé pour la lecture et le contrôle de la tension appliquée à l’échantillon . 6. Une carte d’acquisition et de commande (DAS 1602).
Ce dispositif est contrôlé par un micro-ordinateur à l’aide d’un logiciel (VIEWDAC, version 2.20). L’avantage de ce banc on peut atteindre des tensions plus élevés jusqu’à 350 V.
Figure III.15 : Le banc électro-optique
Les films PDLC sont placés entre des électrodes transparentes (Verre en ITO) et les mesures sont faites de telle façon que le faisceau laser soit perpendiculaire aux électrodes. Un signal sinusoïdal amplifié dont l’amplitude est représentée sur la Figure III.16 est appliqué sur l’échantillon. La fréquence du signal est fixée à 1KHz. Une photodiode a été mise à une distance environ de 37cm du porte-échantillon. L’acquisition des données a été faite en utilisant un PC équipé d'une interface de type DAS 1602. Les courbes obtenues sont données en transmission lumineuse T en (%) par rapport à la tension V (voir la Figure III.17, pour un exemple typique). Un cycle d’application de cette tension de haut vers bas dure 120s. Un temps de mesure supplémentaire
de 60s pour surveiller le comportement de relaxation de la transmission en l'état OFF. La même procédure a été répétée plusieurs fois en utilisant les tensions appropriées.
Figure III.16 : Courbe électro-optique «modèle» obtenue pour un film PDLC fonctionnant en mode normal.
Figure III.17 : Signal d’application pour les films PDLCs
III.5.2. Description d’une réponse électro-optique en mode normal:
La Figure III.16 représente la réponse électro-optique «classique» d’un film PDLC fonctionnant en mode normal. Nous observons au début un plateau ou la transmission (TOFF) est très basse, l’échantillon reste opaque. A partir d’une certaine tension appelée tension seuil (V10), la transmittance commence à s’élever jusqu’à atteindre une valeur maximale plateau où l’échantillon est complètement transparent (TON).
A partir de cette courbe, nous pouvons définir différentes grandeurs caractéristiques:
La transmittance TON: C’est la valeur plateau où la transmittance est maximale (état ON) et est obtenue en appliquant une tension maximale au film.
La transmittance TOFF: C’est la valeur de l’intensité de la lumière transmise par l’échantillon sans application de la tension (état OFF).
Les transmittances T10 et T90: Elles correspondent respectivement à 10% et 90% de la transmittance maximale de l’échantillon.
La tension seuil V10: C’est la tension à appliquer pour obtenir T10.
La tension seuil V90: C’est la tension qu’il faut fournir pour assurer 90% de la transmittance maximale T90, ce qui signifie pratiquement la commutation à l’état transparent du film.
Le contraste CR: Il estime la différence entre l’état opaque et l’état transparent du film. Il est souvent défini par le rapport de TON sur TOFF.
III.5.3. Paramètres influençant les réponses électro-optiques:
La qualité d’un matériau PDLC peut être évaluée par sa réponse électro-optique. Cette dernière dépend de la longueur d’onde de la source lumineuse (lumière mono ou poly-chromatique). Ainsi, il est possible d’obtenir des courbes électro-optiques différentes pour une même cellule étudiée avec un laser monochromatique pour différentes valeurs de longueur d’onde. De même, la nature du détecteur, la fréquence et la forme du signal appliqué, la température et bien d’autres paramètres sont variables. Elle dépend principalement de:
a) Opacité du film à l’état OFF :
La transmittance à l’état OFF d’un composite PDLC en mode normal est gouvernée par la diffusion de la lumière incidente à travers la cellule. Elle est influencée par:
La biréfringence Δn du CL: Plusieurs auteurs [16,17,18] ont constaté que
Dans l’état OFF, les directeurs sont orientés au hasard d’une gouttelette à l’autre avec un indice compris entre les valeurs des indices extraordinaires ne et ordinaire no. Par conséquent, plus la biréfringence est grande moins la chance d’égaliser l’indice de la goutte et l’indice du polymère np est probable.
Le diamètre et la densité des gouttes: de nombreux travaux concluent qu’il existe une taille optimale de gouttelettes [19,20]. En dessous et au dessus de ce diamètre, les objets trop petits ou trop gros par rapport à la longueur d’onde de la lumière diffusent moins bien ou peu. Ils montrent également que plus le nombre d’objets est important, moins la lumière est transmise. En variant la concentration en CL, nous trouvons un compromis entre la densité et la taille des gouttelettes et une opacité optimale de l’échantillon.
b) Epaisseur des films :
Plus l’épaisseur de l’échantillon augmente plus la tension à appliquer pour avoir une transmission maximale est importante. Cette dépendance est théoriquement linéaire dans le cas de gouttelettes de forme oblongues avec un ancrage planaire [21,22].
c) Tension de réponse électro-optique :
De nombreux modèles théoriques permettent d’expliquer le comportement d’un cristal liquide nématique sous l’action d’un champ électrique extérieur selon la configuration de la gouttelette et la forme de la cavité. Les paramètres qui influencent la tension de saturation sont:
La résistivité: Différentes approches ont été proposées afin d’essayer de contrôler ce paramètre et ont fourni les infirmations suivantes: la résistivité de la matrice polymère est fonction du taux de réticulation du polymère [23]. Une dose de rayonnement ultraviolet (UV) trop élevée peut conduire à la formation excessive de porteurs de charges qui affaiblit la résistivité du CL et entraîne une augmentation de la tension de saturation [24].
La forme et la taille des gouttes: Une étude sur les films préparés par cisaillement ou par laminage [18] a montré que plus les gouttes sont allongées, plus la valeur V90 est grande. La commutation de l’échantillon devient également plus difficile lorsque le diamètre des gouttes diminue [16,25] (augmentation des forces d’ancrage). Cependant ce résultat reste valable tant que la taille des gouttes est petite devant l’épaisseur du film.
L’épaisseur du film: Pour les échantillons très fins, il est possible d’observer une augmentation de la tension de saturation à cause de l’aplatissement des gouttes aux bords des électrodes [26].
III.6. Conclusion:
Dans cette partie du travail on a présenté les différents matériaux utilisés pour la préparation des mélanges monomères/cristaux liquides ainsi leurs compositions et leurs caractéristiques physico- chimiques. On a aussi présenté les différents équipements utilisés pour la caractérisation de ces mélanges. Deux types de monomères sont utilisés à différentes masses molaires et à différentes concentrations, en présence d’un faible pourcentage en photoamorceur.
Nous avons également en l’utilisation de la microscopique à lumière polarisé (MOP) et de l’analyse enthalpique différentielle (DSC) qui nous permettent de comprendre l’influence de la nature du cristal liquide sur les propriétés des composites. En effet, comme le E7 est un mélange de différents cristaux liquides, un comportement inhabituel a été rencontré dans le cas des systèmes le contenant puisque la température de transition nématique isotrope du cristal liquide varie lorsque sa proportion est faible dans le système considéré.
