Propriétés électromécaniques des nanotubes de carbone multiparois

par Roland Lefèvre

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Patrice Hesto.


  • Résumé

    Nous avons cherché, d'une part, à répondre théoriquement et expérimentalement à la question du dimensionnement des nanosystèmes électromécaniques (NEMS) à base de nanotube de carbone (NTC) multiparois, et d'autre part, à appliquer le savoir-faire développé à la réalisation d'interrupteurs. Nous avons développé un modèle théorique pour décrire la déflexion d'un NTC suspendu soumis à une force d'attraction électrostatique. Ce modèle montre qu'il existe une loi d'échelle reliant la déflexion électrostatique aux paramètres géométriques, électriques, et physiques des NEMS à base de NTC. Ce résultat constitue un outil de dimensionnement pour la conception de ces dispositifs, car il permet de prédire leur comportement électromécanique sur une large gamme de paramètres opérationnels. Nous avons aussi mis au point des procédés pour fabriquer des structures intégrant un NTC suspendu actionnable électrostatiquement. La plus simple des structures a été utilisée pour sonder les propriétés électromécaniques des NTC. Nous avons développé une méthode basée sur l'utilisation d'un microscope à force atomique pour mesurer la déflexion en fonction de la tension d'actionnement. Ces mesures montrent clairement, pour différents NTC et sans paramètre ajustable, l'existence d'une telle loi d'échelle. De plus, nous en avons extrait le module d'Young des NTC. Pour des diamètres inférieurs à 30 nm il est constant et vaut en moyenne 400 GPa. Au-delà, nous observons une forte diminution qui pourrait s'expliquer par un régime de déformation non-linéaire. Enfin, nous montrons la réalisation d'un interrupteur électromécanique à base de NTC qui présente de bonnes caractéristiques de commutation.

  • Titre traduit

    Electromechanical properties of multiwalled carbon nanotubes


  • Résumé

    In this PhD thesis, we tackled theoretically and experimentally the problem of designing nanoelectromechanical systems (NEMS) based on multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs). Furthermore, we applied our know-how to perform components like switches. We developed a theoretical model to describe the deflection of a suspended MWCNT stressed by an attractive electrostatic force. Our model highlights a scaling law linking up the electrostatic deflection, geometrical, electrical and physical parameters of MWCNTs based NEMS. This result constitutes a practical designing tool because it predicts their electromechanical behaviour on a "large" range of operational parameters. At the same time, we developed several processes to fabricate nanostructures incorporating a suspended MWCNT electrostatically Actuated. Among these different structures, the simplest was used to develop a method for probing electromechanical properties of MWCNTs. Our method is based on atomic force microscopy measurements on a doubly clamped suspended MWCNT electrostatically deflected by a drive voltage. These measurements show clearly for different MWCNTs (different diameter and length) the existence of such scaling law in agreement with the continuum model prediction. From these results, we extracted the Young's modulus of MWCNTs. For diameters smaller than 30 nm it is constant and its average value equals 400 GPa. Above, we observed a strong decrease that could be explained by the entry in a non-linear regime of deformation. Finally, we show the realization of an electromechanical switch based on a suspended MWCNT which presents good switching behaviour.

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Informations

  • Détails : 1 vol., 123 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 113-118

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)326
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