Effets de la porosité sur les caractéristiques piézoélectriques des films de fluorure de polyvinylidène pour applications biomédicales

13 juillet 2023

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par BME Frontiers

Le fluorure de polyvinylidène (PVDF) est un matériau polymère piézoélectrique qui a montré une grande aptitude en tant que capteur de pression et de débit, notamment dans les applications biomédicales. Cependant, la plupart des capteurs à couches minces PVDF ont une faible sensibilité et résolution en raison de leurs caractéristiques piézoélectriques limitées.

Une méthode pour améliorer les performances piézoélectriques des films PVDF consiste à introduire des nanopores dans les structures du matériau. Il est envisagé que les films de PVDF modifiés par les structures nanoporeuses conviennent bien aux applications de biodétection telles que la surveillance du flux hémodynamique lors d'études in vitro du flux sanguin dans l'aorte après l'implantation d'une valve prothétique via le remplacement valvulaire aortique par cathéter (TAVR) en raison de leurs coefficients piézoélectriques élevés, leur flexibilité et leur faible poids.

Dans un travail récent publié dans BME Frontiers, une équipe de l'Université du Minnesota Duluth (UMD) a mené une étude approfondie des effets de la porosité sur les propriétés mécaniques et piézoélectriques des films PVDF. Le suivi des contraintes a été effectué sur des échantillons de PVDF en couches minces présentant différents niveaux de porosité et de tailles de pores afin de déterminer les propriétés mécaniques des échantillons.

Les propriétés mécaniques ont été utilisées pour modéliser le matériau PVDF dans le logiciel COMSOL Multiphysics, dans lequel des simulations d'essais de compression ont été effectuées pour déterminer le coefficient piézoélectrique d33 du PVDF. Il a été constaté qu'une baisse du module élastique était fortement inversement corrélée à la porosité des échantillons et les résultats de simulation montrent que le module élastique avait un effet beaucoup plus important sur les propriétés piézoélectriques que le coefficient de Poisson.

Une combinaison de techniques expérimentales et informatiques a permis de caractériser et de corréler les propriétés mécaniques des films PVDF de porosités variables avec leurs propriétés piézoélectriques.

Comprendre comment les propriétés des matériaux telles que le module d'élasticité et le coefficient de Poisson affectent les performances piézoélectriques des films de PVDF, et comment ces propriétés peuvent être contrôlées en modifiant la porosité du matériau, est crucial pour le développement ultérieur du PVDF en tant que matériau sensible à la pression. En améliorant les performances piézoélectriques du PVDF, des capteurs de pression plus sensibles et plus fiables peuvent être développés pour des applications biomédicales telles que la surveillance hémodynamique.

Plus d'information: Jack T. Kloster et al, Effets de la porosité sur les caractéristiques piézoélectriques des films de fluorure de polyvinylidène pour les applications biomédicales, BME Frontiers (2023). DOI : 10.34133/bmef.0009

Fourni par BME Frontiers