Cette thèse présente un travail expérimental dédié à l'impression 3D de matériaux composites fonctionnels, visant la transduction d'énergie thermomécanique et électromécanique. Dans ce but, nous avons développé des protocoles optimisés d'impression 3D par stéréolithographie, qui ont permis d'obtenir des composites à transition de spin (TS) présentant un coefficient de dilatation thermique (CDT) atteignant 1000 ppm/°C et des composites piézoélectriques (PE) présentant un coefficient piézoélectrique de 10 pC/N. Nous avons également développé une approche originale, basée sur une méta-structure cellulaire imprimable en 3D, qui nous permet d'ajuster le CDT des matériaux TS dans une large gamme en changeant simplement la géométrie de la cellule. Enfin, en combinant ces matériaux au sein d'un micro-levier bilame, nous avons proposé un schéma original de récupération d'énergie thermique, dans lequel un composite TS est utilisé pour convertir de petites variations de température en large déformations, qui sont ensuite transmises, via un couplage mécanique, à un composite PE pour générer un courant électrique. |
This thesis presents an experimental work dedicated to the 3D printing of functional composite materials, aimed at thermal-to-mechanical and mechanical-to-electrical energy transducing. To this aim, we developed optimized stereolithography 3D-printing protocols, which afforded spin crossover (SCO) composites displaying a coefficient of thermal expansion (CTE) as high as 1000 ppm/°C and piezoelectric (PE) composites exhibiting a piezoelectric charge coefficient of 10 pC/N. We also developed an original approach, based on a 3D-printable cellular meta-structure, which allows us to tune the CTE of SCO materials in a wide range by changing simply the cell geometry. Finally, by combining these materials within a bimorph micro-cantilever, we proposed an original thermal energy harvesting scheme, wherein an SCO composite is used to convert small temperature variations into large thermal strains, which are then transmitted, via mechanical coupling, to a PE composite to generate electrical current. |