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Caractérisation des propriétés électriques et thermiques des composites époxy/GPOSS/noir de carbone

Zribi, Eya (2016). Caractérisation des propriétés électriques et thermiques des composites époxy/GPOSS/noir de carbone. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La production, le transport et la distribution de l’énergie électrique sont des domaines d’une grande importance dans le monde d’aujourd’hui. L’utilisation de matériaux isolants, conducteurs ou semi-conducteurs et la performance de ces matériaux constitue un élément très important. Récemment, une nouvelle classe a fait l’objet d’un grand intérêt scientifique, celle des nano diélectriques. Ce sont des diélectriques comportant des nano particules remplaçant ainsi les microparticules. C’est une nouvelle technologie prometteuse permettant l’amélioration des performances électriques et thermiques. Dans ce mémoire, les nano composites étudiés sont à base d’une résine d’époxy DER332 renforcée par des nano particules de noir de carbone. Pour d’autres composites, il y aura l’ajout d’un deuxième additif : le GPOSS. Les mesures faites au cours de cette maîtrise ont pour but de caractériser les propriétés thermiques et électriques de ces matériaux. La bonne fabrication de ces échantillons représente un élément majeur pour les résultats attendus. En effet, la bonne dispersion des nano particules dans la matrice hôte affecte considérablement les propriétés électriques et thermiques. Un autre paramètre qui influe sur les résultats est le temps de broyage mécanique des particules de noir de carbone qui sera expliqué dans ce mémoire. À partir de la spectroscopie diélectrique dans le domaine fréquentiel, on aura une idée sur différents paramètres électriques comme la conductivité complexe et la permittivité diélectrique qui sont liés mathématiquement. De même, les mesures de la rupture diélectrique nous donneront une idée sur la tenue en tension des nano diélectriques et leur dégradation ainsi que les différents paramètres sensibles à cette mesure, tels que l’épaisseur des échantillons et les conditions de mesure. Ensuite, la microscopie électronique à balayage (MEB) nous a permis de visualiser la structure et la morphologie des échantillons. Enfin, on pourra avoir une idée sur les propriétés thermiques grâce à deux expériences à savoir la mesure directe de la conductivité thermique et la calorimétrie différentielle à balayage (DSC).

Résumé anglais

Production, transport and distribution of electrical energy are fundamental to the modern society. Conductive, semi-conductive and insulating materials are used in the different applications related to electrical energy. Recently, a new class of material has emerged, nanostructured materials for electrotechnical applications. Included in these materials are dielectric materials comprising nanoparticles replacing the micro particles. These new technologies could in the future allow to enhance the electrical and thermal performances of the various materials used in high voltage applications. In this work, the studied nanocomposites are based on an epoxy resin DER 332 reinforced with nanoparticles of carbon black. For other composites, there will be an addition of a second additive: the GPOSS. The aim of the measurements done during the master degree is to characterize the electrical and thermal properties of the nanodielectric. The establishing of an appropriate fabrication procedure represents a major asset to get the expected results. Indeed, the good dispersion of the nanoparticles in the host matrix is known to affect the electrical and thermal properties. Another parameter affecting the results is the milling time which will be explained in this paper. Using dielectric spectroscopy in the frequency domain, we will be able to characterize the various electrical parameters such as the complex conductivity and the complex dielectric permittivity that are mathematically related. Also, the measurements of the dielectric breakdown strength will allow to characterize dielectric breakdown voltage of the composites as well as the sensitive various parameters such as the thickness of the samples and the measurement conditions. Scanning electron microscopy (SEM) will allow us to visualize the structure and morphology of the samples. Finally, the thermal properties will be characterized through two experiences, the direct measurement of the thermal conductivity and the differential scanning calorimetry (DSC).

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique". Bibliographie : pages 145-147.
Mots-clés libres: Matériaux nanocomposites Propriétés électriques. Matériaux nanocomposites Propriétés thermiques. Diélectriques. Résines époxydes. Noir de carbone. Matériaux nanocomposites. Fragmentation. Spectroscopie diélectrique large bande. Rupture diélectrique. Microscopie électronique à balayage. Conductivité thermique. Calorimétrie différentielle à balayage. résine d’époxy DER332, GPOSS, nano diélectrique, broyage, MEB, DSC
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
David, Éric
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Fréchette, Michel
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 11 nov. 2016 19:50
Dernière modification: 11 nov. 2016 19:50
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1750

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