Caractérisation microstructurale de mousses polymères nanocomposites par microtomographie à rayons X

Les circuits électriques, fonctionnant à des fréquences de plus en plus élevées, sont responsables de l’augmentation de la pollution électromagnétique, et justifient le développement de blindages efficaces. De nombreuses applications sont concernées, que ce soit dans les systèmes électroniques commerciaux, industriels, ou militaires, ou les systèmes antennaires. Récemment, des blindages sous forme de composites polymère/charges carbonées ont été largement développés pour leur nombreux avantages : plus légers, moins chers, plus absorbants, et plus facilement moulables. Une charge carbonée prometteuse est le nanotube de carbone car de par son facteur de forme, une concentration moindre est nécessaire pour une conductivité équivalente [1]. Afin d’améliorer l’absorption de l’énergie électromagnétique de ces composites (par rapport à leur réflectivité), ils sont moussés pour réduire leur constante diélectrique. Cette étape de moussage doit être rigoureusement contrôlée pour atteindre le niveau d’absorption ciblé.
Deux techniques de moussage sont envisagées dans cette étude, à savoir le moussage en CO2 supercritique (par imprégnation de CO2 en condition supercritique, avant une dépressurisation rapide) et le freeze-drying (dissolution dans un solvant, suivi d’une lyophilisation de celui-ci). Ces deux méthodes génèrent des structures de porosité bien distinctes, avec une anisotropie apparente marquée dans le second cas. L’objectif est de caractériser ces structures par tailles moyennes de pores et mesures d’anisotropie, et leur lien avec l’efficacité de blindage.
Dans cette optique, la caractérisation est effectuée par microtomographie à rayons X, une technique d’imagerie 3D non-destructive. Des acquisitions sont faites sur chaque échantillon, et la microstructure est analysée par traitement d’images. Vu la très faible atténuation des rayons X dans ce type de matériaux, et la limite de résolution de cette technique par rapport à la taille des pores et à l’épaisseur des parois, la séparation précise des pores par rapport à la matrice polymère s’avère difficile. Une segmentation classique n’étant pas applicable en préalable à des mesures quantitatives, la fonction d’autocorrélation est utilisée. Cette technique, habituellement utilisée en traitement du signal, est une méthode performante de mesure globale de l’anisotropie d’un matériau [2]. Elle permet également d’extraire une longueur caractéristique qui peut être liée à la taille des cellules. Les résultats mettent en évidence l’impact de la technique et des conditions de moussage sur la microstructure des mousses composites.