Haut PDF Maîtrise des interfaces pour le contrôle de l'injection de charges dans les polymères isolants électriques

Maîtrise des interfaces pour le contrôle de l'injection de charges dans les polymères isolants électriques

Maîtrise des interfaces pour le contrôle de l'injection de charges dans les polymères isolants électriques

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Maîtrise des interfaces pour le contrôle de l'injection de charges dans les polymères isolants électriques

Maîtrise des interfaces pour le contrôle de l'injection de charges dans les polymères isolants électriques

Création de pièges profonds artificiels I.4.2.3 De l'état de l’art et de la revue des différentes stratégies présentées ci-dessus pour limiter la formation de charges dans un matériau polymère, plusieurs points importants peuvent être extraits. Globalement, la modification de l’isolant dans son volume ou en surface a un effet sur ses propriétés électriques. Il est possible d’obtenir une plus faible perte diélectrique, une plus grande permittivité, une accumulation de charges d’espace plus faible et une plus grande résistance à la rupture. Cependant, les caractérisations électriques sous HVDC prouvent l’imperfection de ces nouveaux procédés et n’éliminent pas le risque d’une rupture électrique à long terme. Actuellement, la modification en volume du LDPE semble être une voie assez limitée. En effet, elle repose sur un principe qui vise à gêner le transport de charge et/ou à combler les défauts structuraux des polymères. Or à très fort champ, les mesures de la distribution de charge montrent qu’elles sont toujours capables de franchir les barrières de potentiel et de migrer à travers l’isolant. Ensuite, l’idée de bloquer les charges avant leur pénétration dans l’isolant est une bonne alternative. Il est plus simple de prévenir que de guérir. La création de pièges profonds artificiels à la surface du polymère a prouvé son efficacité par le biais de la fluoration. Il faut toutefois souligner l’importance du niveau des pièges. En effet, lorsque la profondeur du potentiel est diminuée par l’insertion d’atomes moins polaires, la couche modifiée favorise l’effet inverse et elle facilite l’injection de charges. Ainsi notre stratégie pour limiter les phénomènes d’injection de charges se base sur la mise en place de pièges profonds artificiels à la surface du polymère. Dans notre cas où les pièges sont des nanoparticules métalliques, la hauteur de la barrière d’injection possède une valeur proche du travail de sortie du métal. Ainsi, le travail de sortie de l’argent est de 4.26 à 4.74 eV (-1 eV pour le polyéthylène). La charge stockée au niveau du piège va générer un champ électrostatique qui aura une polarité de signe opposé au champ appliqué. Son rôle sera de limiter le transfert de charges à l’interface électrode/polymère.
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Effets de la génération, de l'injection et du piégeage des charges électriques sur les propriétés des isolants

Effets de la génération, de l'injection et du piégeage des charges électriques sur les propriétés des isolants

Dans ce chapitre nous examinerons donc la question suivante: Que se passe-t-il lorsque les électrons provenant du faisceau électronique du MEB, sont injectés dans l'isolant par l'intermédiaire d'une bille métallique posée sur le matériau à caractériser? Outre une modification intéressante de la méthode miroir et son intérêt théorique, cette question est aussi d'un intérêt pratique puisqu'elle peut aider à la compréhension des phénomènes qui apparaissent lorsqu'on tente d'injecter des électrons dans un isolant via une électrode, ou lorsqu'on a génération de charges électriques (par irradiation, par triboélectrification...) dans une surface métallique placée en contact avec un isolant. Par ailleurs, le système, qui est en quelque sorte un cas d'école, "plan diélectrique/sphère métallique" entre souvent en jeu dans le domaine du risque électrostatique [35]. Pour ne citer qu'un exemple de la vie courante : les détecteurs d'accélération utilisés pour les airbags ou les prétensionneurs des ceintures de sécurité d'une voiture fonctionnent sur le principe d'une bille métallique mobile dans un logement constitué d'un matériau diélectrique. Il arrive que ce système se bloque du fait d'une accumulation de charges électriques, la bille restant collée contre son support ... !
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Phénomènes aux interfaces des isolants : mesure et simulation

Phénomènes aux interfaces des isolants : mesure et simulation

La Figure 3-20.a montre le résultat de courant de conduction sur un échantillon de LDPE-A métallisé en Ag. Nous constatons le même mécanisme de courant de conduction que l'échantillon In/LDPE-A, c'est-à-dire des courants transitoires à des champs faibles qui sont suivis par des courant quasi constants sur les paliers en champs forts. En considérant la cartographie 2D de la charge d'espace pour ce type d'échantillon (voir Figure 3-9), dans un premier temps, nous constatons que les charges négatives sont dominantes mais en augmentant le champ électrique, il y a de plus en plus d'injection de charges positives qui compensent les charges négatives déjà présentes dans le diélectrique. L'obtention de courants quasi constants peut être due au fait que le champ électrique aux interfaces ne change pas durant le palier de tension. La Figure 3-20.b présente le courant de conduction en fonction du champ appliqué. Au delà de 40 kVmm -1 , la conduction passe d’un régime ohmique à un régime limité par la charge d’espace. Ceci est bien en accord avec les mesures de charges d'espace : une accumulation de charges dans le diélectrique (cf. Figure 3-9). Par contre, la valeur de champ seuil (40 kV/mm) est plus faible que celle observée pour les autres métallisations. De plus, il semble y avoir une seconde rupture de pente, pour un champ appliqué de 60 kV/mm, qui pourrait correspondre selon la théorie de courant limité par la charge d’espace, à un régime avec saturation des pièges. La valeur du champ est cependant très faible pour observer ce phénomène, et les mesures de charges d’espace pour cette métallisation Ag montrent toujours une forte injection de charges positives et négatives, fonction du champ appliqué.
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PHENOMENES AUX INTERFACES DES ISOLANTS : MESURE ET SIMULATION

PHENOMENES AUX INTERFACES DES ISOLANTS : MESURE ET SIMULATION

3.6 Mesures de courant de conduction et d’électroluminescence Le but de cette partie est de déterminer les charges dominantes responsables du courant de conduction et, à travers les mesures d'électroluminescence, d'avoir accès à des phénomènes énergétiques liés à la présence de charges. Les émissions électroluminescentes sont en effet étroitement liées aux pièges et au comportement de la charge d’espace. Par ailleurs, elles révèlent la formation d'états moléculaires excités, qui eux-mêmes peuvent initier des réactions chimiques et donc donner lieu à des évolutions irréversibles du matériau. Donc, l’analyse d'EL est non seulement une technique complémentaire pour comprendre l’injection de charges et le transport dans les matériaux isolants mais aussi une méthode pour étudier les mécanismes de vieillissement électrique d’un diélectrique comme nous avons déjà expliqué au paragraphe 2.5. Dans ce paragraphe nous allons discuter l'effet du champ électrique sur le piégeage et le dépiégeage des charges dans le LDPE par les mesures de courant de conduction et d'EL.
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Propriétés physiques et électriques de polymères électroactifs

Propriétés physiques et électriques de polymères électroactifs

II.4. Influence du temps de polarisation-Mesure longue durée II.4.1. Electrode métallique (Or) Il est à noter que les mesures I-t disponibles dans la littérature sont rarement menées sur de longues durées et les interprétations sont donc généralement faites sur des temps courts. Les résultats trouvés dans la partie II.3.2 semblent montrer qu’à haute température, l’injection n’est pas contrôlée par l’émission Schottky et que l’interface électrode-VHB4910 modifie la réponse électrique. On a suspecté des mécanismes de migration de charges d’espace. Pour prospecter cette piste, nous avons décidé de mener des mesures I-t sur de longues durées de polarisation favorisant ainsi le développement et l’installation de charges d’espace. Ces résultats pourraient ainsi nous permettre d’analyser un peu plus en profondeur les hypothèses qui avaient émergées aux temps de polarisation courts.
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Propriétés physiques et électriques de polymères électroactifs

Propriétés physiques et électriques de polymères électroactifs

II.4. Influence du temps de polarisation-Mesure longue durée II.4.1. Electrode métallique (Or) Il est à noter que les mesures I-t disponibles dans la littérature sont rarement menées sur de longues durées et les interprétations sont donc généralement faites sur des temps courts. Les résultats trouvés dans la partie II.3.2 semblent montrer qu’à haute température, l’injection n’est pas contrôlée par l’émission Schottky et que l’interface électrode-VHB4910 modifie la réponse électrique. On a suspecté des mécanismes de migration de charges d’espace. Pour prospecter cette piste, nous avons décidé de mener des mesures I-t sur de longues durées de polarisation favorisant ainsi le développement et l’installation de charges d’espace. Ces résultats pourraient ainsi nous permettre d’analyser un peu plus en profondeur les hypothèses qui avaient émergées aux temps de polarisation courts.
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Effets des décharges partielles sur les propriétés diélectriques des isolants dans la fabrication des câbles électriques

Effets des décharges partielles sur les propriétés diélectriques des isolants dans la fabrication des câbles électriques

92 changement de couleur. Comme on observe aussi une dégradation visuelle qui consiste en la formation d’une couronne blanchâtre et d’une couche d’humidité sur la surface. Les déformations engendrées par le vieillissement constituent de nouveaux sites potentiels de piégeage [121]. Le vieillissement entraîne aussi un changement dans la distribution et l’énergie des pièges existants [122, 123]. Par conséquent, ces nouveaux sites de piégeage et ces changements dans les pièges existants favorisent l’accumulation de charge d’espace. Cette accumulation de charge joue certainement un rôle important dans le transport de charges et par conséquent dans l’élévation de la conductivité électrique du polymère après un vieillissement électrique. Le rôle que joue la charge d’espace sur la conductivité est très complexe reste à présent non totalement élucidé. Plusieurs travaux de recherches sont consacrés à ce sujet [124, 125, 126, 127, 128]. En effet, la charge d’espace est soupçonnée d’être responsable de l’apparition des défauts dans les polymères isolants et dans l’accélération de leurs vieillissements [129]. La charge d’espace est générée par l’injection à partir des électrodes et par la dissociation des molécules des impuretés présentes dans le polymère tel que les anti-oxydants, catalyseurs, résidus de réactions etc… [130, 129].
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Identification et analyse des marqueurs de vieillissement pour polymères isolants sous contrainte thermique en aéronautique

Identification et analyse des marqueurs de vieillissement pour polymères isolants sous contrainte thermique en aéronautique

Titre : Identification et analyse des marqueurs de vieillissement pour polymères isolants sous contrainte thermique en aéronautique. Résumé : Ces travaux s’inscrivent dans une problématique de détermination de marqueurs du vieillissement de polymères hautes performances pour des applications d’isolation électrique dans l’industrie aéronautique. La majorité des câbles de puissance est composée d’un enroulement successif de poly(tétrafluoroéthylène) PTFE et de poly(imide) PI. Ces recherches sont focalisées sur l’analyse des effets d’un vieillissement thermo-oxydatif sur la structure physico-chimique de ces polymères pour interpréter les modifications des propriétés thermomécaniques et électriques. Dans le cas du PTFE, les relaxations enthalpiques et mécaniques sont fortement impactées par l’évolution de la structure chimique due à un mécanisme de dégradation par dépolymérisation. Les valeurs de l’enthalpie de cristallisation et de l’amplitude du mode de relaxation mécanique β associé à la transition cristal/cristal, peuvent être utilisés comme des marqueurs du vieillissement pour le PTFE. Pour le PI, les modifications de la structure chimique par un mécanisme de scission - recombinaison mettent en évidence la formations d’hétérogénéités impactant la sorption et le transport de charges électriques en spectroscopie diélectrique dynamique. L’évolution du mécanisme de diffusion ainsi que l’énergie d’activation de la conductivité électrique constituent des marqueurs pertinents du vieillissement pour le PI.
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Injection et détection de charges dans des nanostructures semiconductrices par Microscopie à Force Atomique

Injection et détection de charges dans des nanostructures semiconductrices par Microscopie à Force Atomique

L’avantage de cet instrument réside dans la simplicité de mise en œuvre de tous les modes utilisés ainsi que des options supplémentaires telles que la librairie de fonctions permettant le contrôle prédéfini de la pointe, comme celui exposé dans la partie 1.2.2. Les vibrations acoustiques (de l’ordre du kHz) et terrestres (de l’ordre de l’Hz) sont limitées d’une part grâce à un caisson, et d’autre part à un marbre posé sur un gel de polymères, le tout monté sur une table à coussin d’air. La caméra optique, couplée à la platine de déplacement sont également un atout considérable, car elles permettent de se positionner avec une précision de l’ordre du micron sur un échantillon. Par contre, l’électronique Veeco est une boîte noire qu’il est pratiquement impossible de déchiffrer. Afin de nous affranchir de traitements du signal obscurs, nous avons mis en place une ligne d’acquisition rapide (DAQ) qui enregistre les signaux analogiques directement à la sortie de la photodiode (avec cependant une amplification dans la gamme 0-10 V) et les numérise. La fréquence élevée du DAQ de 5 MHz permet d’avoir accès aux harmoniques d’oscillation des cantilevers jusqu’à 2,5 MHz pour les études de couplage non-linéaire des modes (voir partie 2.3). Notons que la photodiode n’est pas limitante, car nous avons pu constater par d’autres méthodes qu’elle enregistrait des signaux au-delà de 10 MHz. Enfin, il est important de remarquer que les valeurs de phase mentionnées dans le mode dynamique sont approchées, car l’électronique du Nanoscope IIIa ne possède pas de détection synchrone intégrée. Elle exploite seulement le fait que la fonction cosinus est linéaire dans une fenêtre de ±15 degrés autour de 90 ◦1 .
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Charges électriques dans les matériaux, composants et systèmes pour les grands réseaux d’énergie

Charges électriques dans les matériaux, composants et systèmes pour les grands réseaux d’énergie

Câble de transport de l'énergie Module de conversion d'énergie Actionneur électrique linéaire Mes activités de recherche trouvent leur place, essentiellement, dans la fiabilité des isolants électriques solides pour systèmes haute tension soumis à de fortes contraintes et notamment l’influence de celles-ci sur le comportement, le vieillissement et la durée de vie du matériau, du composant ou du système. Les techniques d'études développées permettent, sur le plan fondamental, de mieux comprendre l'origine et l’influence des charges d'espace et ainsi d'établir le lien avec les phénomènes de dégradation des matériaux pouvant conduire à la rupture diélectrique. La mesure de ces charges d’espace est rendue possible grâce à la Méthode de l’Onde Thermique (MOT) inventée, développée et mise au point par notre équipe. Sur le plan pratique, les relations avec les divers industriels contribuent au choix des matériaux les mieux adaptés, à leur dimensionnement, au contrôle des procédés de fabrication et au suivi du vieillissement des systèmes du Génie Electrique.
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Décharges électriques dans les isolants

Décharges électriques dans les isolants

(Traduit par M. G. DAGUENET.) Ce Mémoire contient les résultats d’expériences commencées depuis longtemps, mais plusieurs fois interrompues, sur la dé- charge disruptive à travers les corps isolants. Je me proposais de chercher s’il existe une relation entre les propriétés physiques des corps et la différence de potentiel ou les quantités d’électricité nécessaires pour que la décharge puisse se produire.

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Sur la pénétration des charges dans les corps isolants fixes et en mouvement

Sur la pénétration des charges dans les corps isolants fixes et en mouvement

tienne compte des charges de contact), ou lorsqu’elle est touchée par les gaz chauds d’une flamme ou des charbons ardents, ou par l’air humide, ou enfin lorsque la face non frottée est près d’un con- ducteur armé de pointes. Dans le cas de l’air humide, la charge

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Charges injection investigation at metal/dielectric interfaces by Kelvin Probe Force Microscopy

Charges injection investigation at metal/dielectric interfaces by Kelvin Probe Force Microscopy

Keywords—charge injection, Kelvin Probe Force Microscopy, charges density profile, thin dielectric I. I NTRODUCTION Charges accumulation in dielectrics has been extensively studied during the last decades. The approach is based on charge probing methods providing information on charge localization at micrometer scale -space charge measurement [1]- or more integral scale (thermo-stimulated current [2] or surface potential measurements for example). The information gained cannot be directly connected to microstructure of the material because of the rather coarse resolution of the methods. Therefore the information is treated as representative of bulk homogeneous material physics. The approach is no longer sustainable in the modern times owing to the development of nanoscale components (microelectronic and microsystems) or the availability of new materials (nanocomposite for example). Indeed, review about dielectric breakdown in MOS structure highlights that injected and trapped charges exert a strong impact on components reliability [3]. Whereas main physical phenomena occur at nanometer-scale, relevant parameters, as energy barrier to injection or interface/bulk defect energetic features are extracted from macroscale measurements [4]. As a consequence of the limited information, simplified schemes are produced, leading to a failure of theoretical predictions to explain different measurements. For example, the origin of anode hole injection and heterogeneous breakdown in metal- SiO 2 -metal structure is still a controversy subject [5].
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Surveillance et diagnostic de charges électriques résidentielles

Surveillance et diagnostic de charges électriques résidentielles

energy consumption analysis is established that contributes: i) A database development tool capable of generating synthetic data of Quebec energy-intensive appliances, account- [r]

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Sur les charges électriques des rayons α et β

Sur les charges électriques des rayons α et β

418 est ici perpendiculaire à la direction générale des rayons émis vers le haut, on sait que ceux-ci, étant constitués par des charges électriques en mouvement, décrivent des trajectoires circulaires : il est facile de voir qu’alors le nombre 0.00400 ne convient qu’aux rayons dont la trajectoire a un diamètre supérieur à 20 cm; cette fraction diminue lorsque les trajectoires deviennent plus petites, par suite de la présence de l’écran D ; elle devient nulle lorsque les trajectoires

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Une approche du vieillissement électrique des isolants polymères par mesure d'électroluminescence et de cathodoluminescence

Une approche du vieillissement électrique des isolants polymères par mesure d'électroluminescence et de cathodoluminescence

On the other hand, the insulating polymers are famous for their applications as insulators and dielectrics, which are materials whose internal electric charge do not flow freely and make it very hard to conduct an electric current under electric field. Of course a perfect insulator does not exist, because defects are still present that assist charge transport. Also, conduction of insulations may become substantially non-linear at high electric field, with significant current leakage. But generally the limitation of insulations in terms of electrical stress is the breakdown phenomenon when the applied voltage (or rather electric field) exceeds a certain value. Some materials are designed to serve as safe insulators under low or moderate voltages, while some are developed to be used under high or extra-high voltages (HV or EHV). With the booming development of high-voltage direct current (HVDC) in Europe and Asia [19-23], it is pressing to develop researches on ageing and breakdown mechanisms and develop insulator with high electrical insulation properties. Hence, the electrical ageing and breakdown of insulating polymers is still an area of much interest for scientists, engineers, enterprise developers and consumers. Although the bulk conductivity of most polymers is very low, it is important and common to evaluate insulating materials through electrical strength, resistivity, dielectric losses and permittivity using different measurement methods. In the present Ph.D. research work, we propose to investigate the mechanisms of material ageing and pre-breakdown phenomena of insulating polymers using electroluminescence along with other luminescence techniques. The optical information gained in the approach relates physical/chemical signatures of the material to excitation of the species by electrical charges.
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Plastification en injection des polymères fonctionnels et chargés

Plastification en injection des polymères fonctionnels et chargés

Expérience- Plastification de Polymères Les matières plastiques sont mises en œuvres par plusieurs procédés différents existants dans le monde de la plasturgie. Dans la plupart des cas, le polymère doit passer l’étape de plastification dans un ensemble vis-fourreau. Ce mode de transformation a un rôle très important du point vue technologique et scientifique, ainsi qu’économique pour les entreprises dans ce domaine. En ce moment, on demande des fonctions supplémentaires à l’ensemble de vis-fourreau-polymère, comme par exemple : le mélange de colorants en poudre et de colorants liquides avec la matière, que le polymère soit recyclable, l’usage de traceurs et de charges minérales, etc. Chaque type de charges fait une nouvelle matière qui a parfois des plages de transformation restreintes. Ces derniers changent les réglages habituels des machines, et en conséquence, les entreprises de la plasturgie doivent dépenser du temps pour retrouver les réglages qui permettent d’obtenir des bonnes pièces finies. C’est pour cette raison que beaucoup d’entre elles essayent de comprendre et d’étudier les comportements de la plastification du polymère afin de pouvoir trouver les réglages avant le lancement de la production en série.
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Propriétés électriques des diodes Schottky en Polymères

Propriétés électriques des diodes Schottky en Polymères

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignemen[r]

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Nanorhéologie et autres problèmes de polymères aux interfaces

Nanorhéologie et autres problèmes de polymères aux interfaces

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignemen[r]

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