Synthèse, caractérisation et étude des propriétés d'émission de champ de nanotubes de carbone

• Auteur / Autrice : Pascal Vincent
• Direction : Binh Vu Thien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Binh Vu Thien

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanotubes

Émission de champ

Résumé

Ce travail décrit les études réalisées sur la synthèse, la caractérisation et l'émission de champ de nanotubes de carbone en vue de caractériser leurs propriétés émissives. Nous avons choisi la décomposition catalytique d'acétylène pour la synthèse des nanotubes de carbone afin de réaliser des échantillons adaptés aux études fondamentales d'émission de champ. Différentes configurations ont été testées afin de parvenir à la croissance de nanotubes droits et localisés. La mise en forme en matrice inorganique ainsi que le collage localisé de nanotubes au bout de pointes par la technologie sol-gel ont également été réalisés. L'étude des propriétés d'émission de champ des nanotubes a permis de caractériser deux régimes d'émission distincts aux propriétés radicalement différentes. Le premier met en jeu l'émission à partir de nanoprotusions situées à la surface du nanotube. Il est caractérisé par des distributions en énergie composées de pics distincts. Le second régime d'émission de champ apparaît une fois la surface du nanotube nettoyée et présente un caractère métallique. Nous avons démontré un phénomène de chauffage du nanotube par effet Joule qui peut mener à des températures de l'ordre de 2000 K à l'apex et à la destruction du nanotube. La modélisation réalisée a permis de simuler ce phénomène et de relier ce chauffage aux paramètres intrinsèques du nanotube émetteur. La destruction des nanotubes par évaporation de champ thermiquement activée a été simulée ainsi que ses effets sur la saturation du courant d'émission. Nous présentons enfin la possibilité, en configuration d'émission de champ, d'exciter les résonances mécaniques des nanotubes et donc de remonter à leurs propriétés mécaniques. Ces fréquences de résonance peuvent être ajustées sur une très grande gamme en jouant sur la force électrostatique exercée sur le nanotube par la tension d'extraction.