Le groupe MAMINA

Les objectifs du groupe MAMINA (Matériaux et Acoustique pour les MIcro et NAno systèmes intégrés) sont d’une part, de développer des matériaux  de type couches minces, polymères, ou composites utilisant des effets électro-actifs ou piézoélectriques et d’autre part, de montrer notre capacité à les intégrer dans des micro-structures pour des applications nécessitant  des micro ou des nanosystèmes.

En partant de ces matériaux actifs, MAMINA innove dans différents domaines : la détection et la caractérisation par ondes acoustiques hautes fréquences jusqu’aux échelles micrométriques et nanométriques, la récupération et le stockage d’énergie, l’actionnement localisé (MEMS et ondes acoustiques), les microsystèmes bioinspirés.

Les spécificités de MAMINA

Les spécificités du groupe MAMINA portent donc sur l’élaboration de matériaux ferroélectriques et piézoélectriques par la technique de pulvérisation cathodique. Outre cet aspect croissance, les films sont caractérisés aussi bien du point de vue physico-chimique que du point de vue électrique. Une part importante des recherches est consacrée à l’intégration de ces matériaux dans des micro- ou nano-systèmes. Par ailleurs, des expériences spécifiques ont été développées dans le but déterminer les propriétés ferroélectriques et piézoélectriques en fonction de la température et en fonction d’une sollicitation mécanique contrôlée.

L’ensemble de ces outils a contribué à mettre au point plusieurs classes de matériaux fonctionnels qui ont ensuite été optimisés pour adresser différents champs d'application. Ainsi, un des thèmes de recherche concerne la croissance et la qualification de matériaux ferroélectriques accordables dédiés aux applications hyperfréquences pour les télécommunications modernes (filtre Hairpin accordable, adaptateur d’impédance accordable).

Des matériaux présentant des propriétés anti-ferroélectriques sont également développés sur le thème du stockage de l’énergie (amélioration de la densité d’énergie stockée). Plus récemment nous nous sommes intéressés à la synthèse des systèmes multiferroïques artificiels qui présentent à la fois des propriétés ferromagnétiques et des propriétés ferroélectriques.

Un couplage magnéto-électrique a été mis en évidence et permet aujourd’hui d’envisager la conception de composants tels que des inductances pilotables par champ électrique. Dernièrement des composites (céramiques / polymères) ont été réalisés à base de matériaux éco-acceptables pour des applications de transducteurs ultrasonores (capteurs et actionneurs).

Par ailleurs des recherches sont orientées vers l’intégration de nouveaux matériaux transducteurs à base de polymères électroactifs conducteurs et de réseaux interpénétrés de polymères. Ces matériaux électroactifs sont pour la première fois intégrés à l’échelle micrométrique dans des microstructures souples. Les caractérisations électriques et physicochimiques sont réalisées afin de déterminer en particulier les forces bloquantes et les déformations maximales sous l’action d’une tension électrique. Le mode capteur de ces matériaux est simultanément étudié.

D’importants développements ont été réalisés pour modéliser ces matériaux afin de les associer par la suite à la simulation de systèmes ou de sous-systèmes. Les performances de ces matériaux intégrés permettent d’envisager des applications dans le domaine de la santé.

Les recherches du groupe MAMINA s’orientent aussi sur des microstructures bioinspirées comme par exemple la réalisation d’un objet volant mimant l’insecte (OVMI). Plus précisément, il s’agit d’une structure aux caractéristiques proches de celles des insectes volants que nous souhaitons faire décoller et voler en vol stationnaire en utilisant les mêmes principes de mouvement des ailes que ceux déployés dans la nature.

La microstructure est réalisée par des technologies de microfabrication et elle est quasi-entièrement souple. Les ailes disposent de nervures de 40µm de diamètre et des membranes d’une épaisseur d’un demi-micromètre.

Des modélisations préalables sont réalisées sur la base d’un concept original qui permet de générer à la fois un mouvement de battement et de torsion des ailes en utilisant un seul actionneur électromagnétique. A ce jour, il s’agit du plus petit et du plus léger nano drone au monde et actuellement le prototype produit une force de portance légèrement supérieure à son propre poids.

Un dernier axe est abordé dans le groupe dans le domaine des transducteurs acoustiques intégrés et leurs applications. Notamment, des technologies MEMS sur silicium ont été mises au point pour générer et guider des ondes acoustiques de hautes fréquences afin de développer des microsystèmes acoustiques intégrés fonctionnant dans la gamme du GHz.

Cela concerne donc le développement de microtransducteurs ultrasonores hautes fréquences pour la caractérisation d’interfaces, de fluides mais également pour des études dans le domaine de la biologie, et ce jusqu’aux échelles micrométriques et nanométriques.

Les applications concernent l’étude d’interfaces liquides-solides micro/nanostructurés (collaboration STMicroelectronics), le suivi de propriétés de fluides (concentration, détection de particules, dépôts), l’intégration des transducteurs en Laboratoire sur puce.

Les activités de recherche sont donc centrées autour des transducteurs (matériaux électroactifs), des microstructures mécaniques et de l’acoustique.