MAMINA : Matériaux et Acoustique pour les MIcro et NAno systèmes intégrés
Membres :
D. Callens-Debavelaere (MC), P. Campistron (MC), J. Carlier (MC- HDR, Head), E. Cattan (Pr), S. Grondel (Pr, F. Lefebvre (MC), G. Nassar (MC-HDR), B. Nongaillard (Pr), F. Ponchel (MC, >2013), D. Remiens (Pr), C. Soyer (MC).
Contact : julien.carlier@uphf.fr
L’objectif principal du groupe MAMINA (Matériaux et Acoustique pour les MIcro et NAnosystèmes intégrés) est de développer des matériaux transducteurs (films minces, polymères et matériaux composites) utilisant les effets électroactifs et piézoélectriques pour la réalisation de micro et nano dispositifs. Du développement de ces matériaux actifs à leur intégration, le Groupe MAMINA innove en fonction des applications proposées : acoustique haute fréquence pour la détection, la caractérisation des interfaces et des milieux complexes (jusqu’aux micro- et nano-échelles), la récolte ou le stockage d’énergie, mais aussi l’actionnement local, dans le cas de microsystèmes bioinspirés, ou pour la manipulation dans des laboratoires acoustiques sur puces.
La recherche sur les matériaux fonctionnels électroactifs s’est concentrée sur différents matériaux électroactifs : les matériaux ferroélectriques pour les dispositifs accordables par radiofréquence (croissance de BST et BST dopé), PST, BZN et hétérostructures BST/BZN ; les matériaux anti-ferroélectriques (PZ) pour le stockage de l’énergie ; les matériaux ferroïques artificiels pour lesquels nous changeons la perméabilité avec un champ électrique appliqué (opportunité pour une future intégration dans les circuits MMIC).
Des matériaux composites en vrac (céramique/polymère) et des transducteurs en polymère ont également été développés pour induire la flexibilité. De nouveaux matériaux de transduction basés sur des polymères conducteurs et des réseaux polymères interpénétrés ont été pour la première fois intégrés à l’échelle micrométrique dans des microstructures flexibles.
Ces développements de matériaux sont dédiés à des applications dans de nombreux domaines : énergie, santé, transport… comme le stockage et la récolte d’énergie ou les transducteurs acoustiques (capteurs et actionneurs) avec la technologie pMUT.
Un exemple de système développé dans le groupe est un véhicule nano-aérien bioinspiré (OVMI). L’objectif de ce sujet est de réaliser un objet captif de la taille d’un insecte capable de planer tout en embarquant l’électronique et une charge utile comme une micro-caméra embarquée. Ce travail est basé sur le concept original de combinaison en quadrature de phase des modes vibratoires de battement (angle de battement) et de torsion (angle d’attaque) des ailes pour reproduire la cinématique des ailes d’insectes et générer de la portance. Face à ce défi, un prototype en polymère a été micro-usiné avec une envergure de 3 cm, des ailes flexibles et un seul actionneur.
Une autre application concerne l’intégration de transducteurs piézoélectriques haute fréquence pour la caractérisation d’interfaces et de milieux complexes mais aussi pour l’actionnement local grâce à des ondes acoustiques (jusqu’à la gamme GHz). Cela a permis de développer des méthodes acoustiques pour caractériser des interfaces à des micro et nano-échelles. A titre d’exemple, nous avons démontré la possibilité d’évaluer la tension de surface critique d’un liquide dont le mouillage dépend des nanostructures. Cette méthode a été développée en collaboration avec STMicroelectronics. Nous avons également démontré la possibilité d’utiliser ces ondes acoustiques haute fréquence pour la détection et la déviation de microparticules dans des Lab-On-Chip. En augmentant la puissance (30 dBm), il a également été possible de créer un micromélange ou une déviation très locale dans les microcanaux.
BST co planar lines for 60 GHz characterization
Actuator displacement at different magnitudes of applied voltage and Photo of the system
Bioinspired nanodrone prototype
High frequency acoustic characterization integrated in Lab-On-Chip
