Etudes structurales par diffusion des rayons X d'assemblées de nanotubes de carbone alignés : relation avec les mécanismes de croissance et les propriétés physiques

par Vincent Pichot

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pascale Launois.

Soutenue en 2005

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail montre comment l'outil d'investigation qu'est la diffusion des rayons X permet d'obtenir différentes informations structurales sur les assemblées macroscopiques de nanotubes de carbone. Des tapis de nanotubes multiparois (nanotubes perpendiculaires à un substrat, synthétisés par dépôt chimique en phase vapeur catalysé, au Laboratoire Francis Perrin à Saclay), des fibres de nanotubes (synthétisées par filage dans un bain coagulant de polymère, au Centre de Recherche Paul Pascal à Bordeaux) et des échantillons de “peapods” (molécules de fullerènes encapsulées à l'intérieur de nanotubes) ont été étudiés. Nous avons montré que les tapis de nanotubes croissent par la base, à partir de particules catalytiques dont nous avons déterminé la nature : particules d'oxyde de fer, magnétite ou maghémite. L'étude quantitative de la distribution d'orientation des nanotubes montre qu'il est possible d'obtenir de très bonnes valeurs d'alignement des nanotubes. Un axe de croissance cristallographique préférentiel des nanofils métalliques encapsulés dans les nanotubes a été déterminé. Dans les fibres, l'alignement des nanotubes le long de l'axe de la fibre est amélioré par des traitements d'allongement post-synthèse : nous avons quantifié et modélisé cette amélioration. L'amélioration des propriétés mécaniques (module d'Young et contrainte à la rupture) avec l'alignement des nanotubes est étudié. Pour les échantillons de “peapods”, nous montrons que la diffusion des rayons X permet de déterminer le taux de remplissage des nanotubes et la distance entre fullerènes à l'intérieur des nanotubes. L'intérêt d'aligner les peapods au sein d'échantillons macroscopiques est souligné.

  • Titre traduit

    Structural studies of aligned carbon nanotubes assemblies by X-ray diffraction : relationships with their growth mechanisms and physical properties


  • Résumé

    The present work shows how X-ray scattering technique allows one to get structural information on carbon nanotube macroscopic assemblies. Carpets of multi-wall nanotubes (nanotubes aligned perpendicularly to a substrate synthesized by catalytic chemical vapor deposition, at Laboratoire Francis Perrin at Saclay), fibers of nanotubes (synthesized by wet spinning process in a coagulating polymer bath, at Centre de Recherche Paul Pascal at Bordeaux) and “peapods” samples (fullerene molecules encapsulated inside the nanotubes) were studied. We show that for nanotube carpets, the growth mechanism of the nanotubes is a root growth mechanism and the nature of the catalytic particles responsible of the nucleation of the nanotubes are iron oxide: magnetite or maghemite. Quantitative study of the nanotubes orientational distribution allows us to show that very good alignments can be obtained in carpets. A preferential crystallographic growth axis is determined for the metallic nanowires encapsulated inside the nanotubes. For nanotube fibers, post-synthesis stretching treatments allow one to get better alignment of the nanotubes along the fiber axis : we quantify and model the improvement of alignment. The improvement of mechanical properties such as Young modulus and tensile strength with nanotube alignment is studied. In peapods samples, modeling of the experimental results allows one to determine the filling rate and the distance between fullerene molecules. The advantages of aligned peapods samples are underlined.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (186 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 163-175

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2005)187
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