Films de nanotubes de carbone : Mécanisme de croissance et magnétisme de films orientés

par Antoine Senger

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de François Le Normand.

Soutenue en 2008

à l'Université Louis Pasteur (Strasbourg) .


  • Résumé

    À partir d'une analyse des prises de masse obtenues lors de croissance de nanotubes de carbone par CCVD suivie par micro-blance à quartz, un modèle cinétique est élaboré à l'échelle de la particule pour comprendre les mécanismes de la nucléation et de la croissance. Nous avons développé une étude des différentes étapes du procédé CCVD incluant une décomposition associative de l'hydrocarbure sur la face catalytique du catalyseur, la diffusion de surface et de volume du carbone, la nucléation et la croissance du nanotube résolue par une méthode de différences finies. Nos résultats indiquent très clairement que les processus de surface sont cinétiquement déterminants. La non-prise en compte des phénomènes à l'échelle atomique ne nous permet pas de prédire quelles sont les structures carbonées qui se forment pendant l'étape de nucléation ou de déterminer avec précision le chemin parcouru par un atome de carbone depuis la face catalytique jusqu'à son insertion dans le nanotube de carbone. Nous avons donc entrepris d'étudier la migration d'un atome de carbone depuis la surface du catalyseur jusqu'au plan graphitique constituant le nanotube de carbone à l’aide d’un code de calcul basé sur la méthode MEAM. La nouvelle génération de matériaux pour le stockage d'information nécessite la conception de réseaux réguliers ultra-denses de nanoparticules ferromagnétiques pouvant être synthétisés par méthode PE-CVD. Des simulations Monte-Carlo ont été effectuées pour sonder l'effet sur les propriétés magnétiques d'une augmentation de l'anisotropie des particules et/ou de la densité sur les capacités de stockage. Nos résultats montrent qu'un rapport d'aspect supérieur à 4 ne change pas fondamentalement les propriétés magnétiques du système et qu'avec de tels systèmes des capacités de stockage de l’ordre de 10 Tbits/inch² sont evisageables.

  • Titre traduit

    Carbon nanotubes films : Growth mecanism and oriented films magnetism


  • Résumé

    A kinetic model for the growth of carbon nanotubes is develloped based on experimental data obtained by TEOM-CCVD synthesis of CNTs. The model takes into account associative decomposition of hydrocarbon on the surface of the catlytic particle, surface and volume diffusion, nucleation and growth of CNTs solved by finite differnce method. The surfacic process seems to be the rate determining step. To take into account microscopic scale effects a MEAM based programm is developped to analyse the path followed by an atom of carbon from the the catalytic facet to the graphitic shell of the CNT to determine whether the diffusion is volumic, sub-surfacic or surfacic. An experimental method to obtain ultra-high density assemblies of ferromagnetic nanoparticles is the Plasma-Enhanced CCVD. Monte-Carlo numerical simulations are developped to analyse the magnetic properties of such devices. We show that an aspect ratio superior to 4 does not change the magnetic propreties of the system and that we could reach with such devices a density of 10 Tbits/inch², 20 times more than what is done at the moment.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (214 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 205-214

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2008;5900
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