Dépôt électrophorétique de nanotubes de carbone pour la conception de matériaux solaires sélectifs

Electrophoretic deposition of carbon nanotubes for the design of selective solar materials

• Auteur / Autrice : Florian Didier
• Direction : Xavier Deschanels
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 13/12/2022
• Etablissement(s) : Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Séparative de Marcoule - Institut de Chimie Séparative de Marcoule / ICSM - UMR 5257
• Jury : Président / Présidente : Françoise Serein-Spirau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Deschanels, Françoise Serein-Spirau, Cécile Zakri, Patrice Bacchin, Estelle Botzung-Appert, Guillaume Toquer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Zakri, Patrice Bacchin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanotubes

Mots clés libres

Nanotubes de carbone

Dépôt électrophorétique

Surfaces solaires sélectives

Pyrocatechol violet

Carbon nanotube

Electrophoretic deposition

Selective solar surfaces

Pyrocatechol violet

Résumé

La mission de la thèse est de réaliser et d'étudier par une approche 'bottom-up' des dépôts électrophorétiques (EPD) de nanoparticules (e.g. nanotubes de carbone, carbure de titane) pour la conception de nouveaux revêtements solaires photo-thermiques. Ces matériaux sont élaborés par EPD, procédé qui consiste à faire migrer, sous l'influence d'un champ électrique, des nanoparticules chargées en suspension vers une électrode. Il s'agira de réaliser des solutions colloïdales stables, à l'aide de stabilisant organique pour maîtriser les interactions entre nanoparticules et in fine contrôler l'organisation au sein des futurs revêtements (gradient de densité, épaisseur, rugosité). La stabilité sera étudiée par des DLS (diffusion de la lumière) pour déterminer le rayon hydrodynamique et/ou SAXS (diffusion des rayons X) en ce qui concerne la répartition en taille au cours du temps, ainsi que par vélocimétrie laser pour déterminer le potentiel zêta des nanoparticules stabilisées. Ensuite, les paramètres pertinents du champ électrique (intensité, pulse, durée) de l'EPD seront exploré, via une cellule électrophorétique couplé à un impédancemètre, pour obtenir des dépôts submicroniques caractérisés par MEB (microscopie électronique). La sélectivité optique des revêtements (UV-visible / Infra-rouge lointain) ainsi que les performances du matériau seront caractérisés par spectroscopie UV-Vis-FIR. Le lien entre la microstructure et les propriétés optiques obtenues sera particulièrement exploré pour pouvoir optimiser efficacement ces nouveaux matériaux. Outre l'application visée, ces travaux ont également une portée cognitive sur les mécanismes de déstabilisation d'une suspension colloïdale par un champ électrique ainsi que sur la coagulation et l'arrangement de colloïdes sur une surface.

The main objective is to realize some photo-solar absorbers by electrophoretic deposition of nanoparticles, having some tuneable optical properties. This study takes place in the field of the development of a macroscopic object through a 'bottom-up' approach. The understanding of the mechanism of the deposition is crucial to design these new materials. The nanostructure of the coatings with density gradient will be elaborated by pulsed and variable electric field, and characterized by scanning microscopy and energy dispersive X-ray and alongside a modelling of the electrophoretic phenomenons (such as the electric field drop) will be investigated. The conversion efficiency of the tandem material, which has to display a high absoptance in the solar spectrum domain (0.5-2.5 µm) whereas a low emittance in the far infra-red (2.5-20 µm), will be calculated from the reflectance spectra of the UV-vis-NIR and the Fourier transform InfraRed spectroscopy in order to link the electrophoretic parameters to the spectral selectivity.