Etude des potentialités des nanotubes de carbone dans le domaine hyperfréquence : application à l'élaboration de matériaux nano-composites et contribution à la miniaturisation de composants électromécaniques (NEMS)

par Sébastien Pacchini

Thèse de doctorat en Micro-ondes, électromagnetisme et optoélectronique

Sous la direction de Katia Grenier.

Soutenue en 2008

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La découverte des nanotubes de carbone (NTCs) par S. Iijima en 1990 a permis d'explorer un nouveau monde à l'échelle nanométrique. Les études sur la synthèse des NTCs durant le début de cette décennie ont apporté une reproductibilité des formes allotropiques de carbone. Les propriétés mécaniques et électriques exceptionnelles des NTCs ont éveillé l'esprit des scientifiques afin de concevoir des systèmes touchant le domaine de la nanotechnologie. Dans ce contexte, mes travaux de recherches ont visé à étudier les potentialités des nanotubes de carbone dans le domaine des hyperfréquences. Deux types d'applications peuvent être distinguées : l'élaboration de matériau nano-composite mais aussi la miniaturisation des composants électromécaniques (NEMS). L'application la plus immédiate des NTCs consiste à les utiliser comme additif dans des polymères, thermoplastiques, thermodurcissables ou élastomères, afin d'en modifier les propriétés. L'utilisation des matériaux composites à base de nanotubes de carbone apparaît comme une voie prometteuse dans le domaine des nanotechnologies grâce à leurs propriétés structurales et électroniques très particulières. Pour élargir le domaine d'application des NTCs, nous avons étudié un nouveau matériau composite à base d'un polymère (BenzoCycloButène ''BCB'') et de nanotubes de carbone double parois (DNTCs) pour une utilisation aux fréquences micro-ondes. Nous rapportons ici une étude des propriétés micro-ondes de composites BCB/DNTCs en fonction de la concentration massique de nanotubes. Nous présentons, dans un premier temps, les méthodes d'homogénéisation et de fabrication du composite, puis nous traitons l'élaboration de structures de test adaptées à des mesures µondes et millimétriques. Après caractérisation, nous donnons le comportement spectral et la modélisation pour les pertes linéiques ainsi que e* (permittivité effective complexe). Cette étude a permis de montrer qu'il est possible de configurer les performances électriques d'un matériau composite en fonction du % de NTCs incorporés. . .

  • Titre traduit

    Study of the potentialities of the nanotubes of carbon in domain hyperfréquence : application in the elaboration of nano-composite materials and contribution in the miniaturization of electromechanical components (NEMS)


  • Résumé

    The discovery of carbon nanotubes (NTCs) by S. Iijima in 1990 allowed to explore a new world at the nanoscale. At the beginning of this decade, studies have provided a reproducibility of carbon nanotubes. Carbon nanotubes have shown exceptional stiffness, strength and remarkable thermal and electrical properties, which make them ideal candidates for the development of multifunctional materials systems. My research presents two possible uses of carbon nanotubes (CNTs) for microwave applications, exploiting their exceptional electrical and mechanical properties. The first one consist in utilizing their metallic or semiconducting properties to modify the electrical behavior of polymer (BCB) doped with carbon nanotubes. The second one aims to extend the concept of passive and reconfigurable micrometer components (MEMS)at the nanoscale to develop Nano-Electro-Mechanics Systems (NEMS). The first study consisted of an electromagnetic characterisation of polymer BenzoCycloButen (BCB) composites containing dispersed CNTs at microwave frequencies (40MHz - 40GHz) using coplanar waveguides (CPW). A new nano-composite material based on carbon nanotubes and BCB polymer is studied for shielding and electromagnetic wave absorption. For the first time to our knowledge, methods of homogenization and composite fabrication are presented, next test structures to measure microwave parameters are developed. After characterization, linear attenuation "a", complex permittivity "e*", conductivity "s" and power absorption "PA" are extracted and compared to simulation results obtained using the electromagnetic field simulator "HFSS". The electrical parameters of nano-composites are modified by DWCNTs concentration. The percolation threshold is obtained with only 0. 075wt. % of DWCNTs in BCB and the nano-composites showed 5dB of PA at 30GHz. The resulting engineerable composite gives RF-designer one more degree of freedom to to develop and optimize microwave components. . .

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Informations

  • Détails : 1 vol. (170 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 165-170

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008TOU30275
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