Effects of high pressure on empty and water-filled single-wall carbon nanotubes studied by Raman spectroscopy

par Abraao Cefas Torres Dias

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Alfonso San Miguel et de Denis Machon.

Soutenue le 11-12-2014

à Lyon 1 , dans le cadre de École doctorale de Physique et d’Astrophysique (Lyon) , en partenariat avec Institut Lumière Matière (laboratoire) et de Institut Lumière Matière (laboratoire) .

Le président du jury était Catherine Journet.

Le jury était composé de Pascale Launois, Sofie Cambré.

Les rapporteurs étaient Jean-Louis Bantignies, David Dunstan.

  • Titre traduit

    Effets de la haute pression sur les nanotubes de carbone monoparois vides et remplis d'eau étudiés par spectroscopie Raman


  • Résumé

    La présente thèse est constituée par un ensemble d'études expérimentales sur l'effet des hautes pressions sur les nanotubes de carbone mono-parois, individualisées, fermés ou ouvertes, donc vides ou remplis d'eau. Les techniques des hautes pressions et de la spectroscopie Raman ont été combinées afin d'étudier l'effondrement des nanotubes et de sonder les modifications induites par l'effet de la pression. Les coefficients de pression des modes radiaux de respiration (RBM) ont été obtenus avec identification individuelle par chiralité. Les RBM des nanotubes remplis d'eau ont pu être observés à des pressions bien plus élevées que pour des nanotubes vides. Après un cycle à haute pression, les nanotubes vides de diamètre plus important n'étaient pas détectables tandis que les tubes de diamètre sous-nanométrique se sont remplis d'eau. Ces observations suggèrent que les nanotubes de diamètre le plus faible ont une meilleur stabilité sous pression qui est accrue par le remplissage par de l'eau. Une réponse inusuelle du nanotube (7,2) suggère que la chiralité peut avoir aussi un rôle aussi important dans la stabilité structurelle, en tout cas pour les nanotubes de plus faibles diamètres. De son côté, l'évolution des modes de vibration tangentiels suggère l'effondrement radial des nanotubes vides d'un diamètre d'environ de 1.32 nm à une pression proche de 4 GPa, en accord avec les prévisions théoriques les plus récentes. Ces mêmes tubes remplis d'eau, présentent un effondrement à une pression qui se situe au-delà de 16 GPa


  • Résumé

    The present thesis constitutes a set of experimental studies on the effect of high pressures on single wall carbon nanotubes, individualized, closed or open, therefore empty or filled with water. High-pressure techniques and Raman spectroscopy were combined to study the radial collapse, as well to probe the pressure-induced modifications. Chirality-resolved pressure derivatives were obtained for the radial breathing modes (RBM). The RBM of water-filled could be observed at pressures higher than those of empty. After a high-pressure cycle, empty nanotubes of larger diameters were not detectable anymore, while sub nanometric diameter ones became filled with water. Such observations suggest that thinner nanotubes have better pressure-stability, which is increased upon water filling. An unusual response of the (7,2) nanotube suggests that the chirality may have also an important role on the structural stability for small diameters. The evolution of the tangential modes suggest the onset of radial collapse of empty nanotubes averaging 1.32 nm diameter at about 4 GPa, in agreement with the latest theoretical predictions. These same nanotubes, though water-filled, they collapse at pressures higher than 16 GPa


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