GNT: Graphene and Nanotubes
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Soutenance de thèse à l'Ecole Centrale Paris
Michael Bozlar
Lundi 7 décembre à 14h, Ecole Centrale Paris
Salle des conférences (C211), bâtiment DUMAS
Titre : Modification de surface des nanotubes de carbone par un polymère conducteur électrogénéré pour la réalisation de nanocomposites multifonctionnels
Résumé
Du fait de leurs propriétés intrinsèques exceptionnelles, les nanotubes de carbone (CNTs) sont des matériaux bien adaptés pour renforcer les polymères thermodurcissables. Le nanocomposite multifonctionnel ainsi obtenu possède des propriétés électriques, thermiques et mécaniques sensiblement meilleures que le polymère seul, ce qui lui procure de nombreuses applications potentielles, et tout particulièrement dans le domaine de l'électronique ou de l'aéronautique.
Le but de cette thèse de doctorat est orienté suivant deux axes. Il s'agit dans un premier temps de mettre au point un matériau nanocomposite avec des propriétés multifonctionnelles à partir de techniques d'élaborations efficaces. Puis dans un second temps, l'objectif consiste à proposer des alternatives permettant d'améliorer ces propriétés.
Le premier chapitre de cette thèse établit une revue de l'état de l'art au sujet des matériaux qui ont été étudiés au cours de ce travail de recherche. Parmi ces matériaux, nous pouvons citer tout particulièrement les CNTs, les renforts hybrides nano/micrométriques constitués de CNTs et d'alumine, les polymères conducteurs électroniques et les polymères thermodurcissables. Il s'agit plus précisément de présenter pour chaque matériau les techniques d'élaboration, leurs structures et finalement leurs propriétés.
Dans la seconde partie du manuscrit, nous décrivons en premier lieu les techniques d'élaboration permettant d'obtenir des nanocomposites de qualités répondant aux normes internationales. Ensuite, nous abordons les différentes techniques de caractérisation de ces nanomatériaux. Il s'agit notamment de caractériser les phénomènes de transports électriques et thermiques. D'autres techniques de caractérisation supplémentaires complètent les analyses afin de mieux comprendre la structure des matériaux obtenus, dans une gamme d'échelle allant de l'état macroscopique à l'atomique. Ainsi, nous avons eu recours à l'utilisation de la microscopie électronique à balayage et en transmission, la spectroscopie Raman, EELS, XPS où encore l'AFM. Les résultats obtenus sur ces nanocomposites en matière de transports électronique et thermique montrent que certaines améliorations sont nécessaires pour optimiser les propriétés multifonctionnelles de ces nanomatériaux. Nous avons concentré nos efforts sur les phénomènes physico-chimiques à l'interface matrice/renfort. Par conséquent, nous avons décidé de modifier la surface des CNTs afin de favoriser la
cohésion matrice/renfort, mais aussi et surtout pour diminuer les résistances de contacts entre les CNTs lorsqu'ils sont distribués aléatoirement dans la matrice polymère.
Le dernier chapitre de la thèse s'articule autour de la fonctionnalisation des CNTs par un polymère conducteur électronique selon une voie électrochimique. Tout d'abord nous avons mis au point une technique permettant de déposer une couche homogène d'épaisseur nanométrique de polymère conducteur électronique à la surface des CNTs. Ce polymère conducteur et en même temps biocompatible est le polypyrrole (Ppy). La précision et l'efficacité de notre démarche sont démontrées par les différents outils de caractérisation, et tout particulièrement grâce à la microscopie électronique en transmission haute résolution. Des études supplémentaires par AFM couplé à un résiscope ont montré l'évolution locale de la résistance électrique au niveau d'hybrides CNT-Ppy plus ou moins isolés. Dans une seconde partie, nous avons mis au point une méthode permettant de contrôler finement l'épaisseur de Ppy déposé à la surface des CNTs.
Du fait de leurs propriétés intrinsèques exceptionnelles, les nanotubes de carbone (CNTs) sont des matériaux bien adaptés pour renforcer les polymères thermodurcissables. Le nanocomposite multifonctionnel ainsi obtenu possède des propriétés électriques, thermiques et mécaniques sensiblement meilleures que le polymère seul, ce qui lui procure de nombreuses applications potentielles, et tout particulièrement dans le domaine de l'électronique ou de l'aéronautique.
Le but de cette thèse de doctorat est orienté suivant deux axes. Il s'agit dans un premier temps de mettre au point un matériau nanocomposite avec des propriétés multifonctionnelles à partir de techniques d'élaborations efficaces. Puis dans un second temps, l'objectif consiste à proposer des alternatives permettant d'améliorer ces propriétés.
Le premier chapitre de cette thèse établit une revue de l'état de l'art au sujet des matériaux qui ont été étudiés au cours de ce travail de recherche. Parmi ces matériaux, nous pouvons citer tout particulièrement les CNTs, les renforts hybrides nano/micrométriques constitués de CNTs et d'alumine, les polymères conducteurs électroniques et les polymères thermodurcissables. Il s'agit plus précisément de présenter pour chaque matériau les techniques d'élaboration, leurs structures et finalement leurs propriétés.
Dans la seconde partie du manuscrit, nous décrivons en premier lieu les techniques d'élaboration permettant d'obtenir des nanocomposites de qualités répondant aux normes internationales. Ensuite, nous abordons les différentes techniques de caractérisation de ces nanomatériaux. Il s'agit notamment de caractériser les phénomènes de transports électriques et thermiques. D'autres techniques de caractérisation supplémentaires complètent les analyses afin de mieux comprendre la structure des matériaux obtenus, dans une gamme d'échelle allant de l'état macroscopique à l'atomique. Ainsi, nous avons eu recours à l'utilisation de la microscopie électronique à balayage et en transmission, la spectroscopie Raman, EELS, XPS où encore l'AFM. Les résultats obtenus sur ces nanocomposites en matière de transports électronique et thermique montrent que certaines améliorations sont nécessaires pour optimiser les propriétés multifonctionnelles de ces nanomatériaux. Nous avons concentré nos efforts sur les phénomènes physico-chimiques à l'interface matrice/renfort. Par conséquent, nous avons décidé de modifier la surface des CNTs afin de favoriser la
cohésion matrice/renfort, mais aussi et surtout pour diminuer les résistances de contacts entre les CNTs lorsqu'ils sont distribués aléatoirement dans la matrice polymère.
Le dernier chapitre de la thèse s'articule autour de la fonctionnalisation des CNTs par un polymère conducteur électronique selon une voie électrochimique. Tout d'abord nous avons mis au point une technique permettant de déposer une couche homogène d'épaisseur nanométrique de polymère conducteur électronique à la surface des CNTs. Ce polymère conducteur et en même temps biocompatible est le polypyrrole (Ppy). La précision et l'efficacité de notre démarche sont démontrées par les différents outils de caractérisation, et tout particulièrement grâce à la microscopie électronique en transmission haute résolution. Des études supplémentaires par AFM couplé à un résiscope ont montré l'évolution locale de la résistance électrique au niveau d'hybrides CNT-Ppy plus ou moins isolés. Dans une seconde partie, nous avons mis au point une méthode permettant de contrôler finement l'épaisseur de Ppy déposé à la surface des CNTs.
4:31pm, 24/11/09