Contribution à l'étude des nanotubes : structure et contrastes en microscopie électronique, enchevêtrements et comportement mécanique

Contribution for nanotubes study : structure and contrasts in electron microscopy, tangles and mechanical behaviour

• Auteur / Autrice : Ann-Lenaig Hamon
• Direction : Bernard Jouffrey, Alain Marraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne1998-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Élasticité

Microscopie électronique en transmission

Microscopie à force atomique

Nanotubes

Résumé

Les nanotubes (NTs), décrits comme des plans enroulés de graphite ou de nitrure de bore hexagonal, peuvent en faisceaux enchevêtrés. Ce travail concerne l'étude du comportement mécanique des NTs. C'est l'enchevêtrement qui a été étudié pour en déduire les caractéristiques d'un NT. L'emploi d'un appareil explorant l'échelle nanométrique était requis : le microscope à force atomique (AFM). Avant d'établir un modèle de comportement mécanique, il était nécessaire de caractériser la strucure. Les observations ont été faites à deux échelles globale et atomique avec la microscopie électronique en transmission et balayage. Les NTs de carbone élaborés par arc électrique et de BN par chauffage laser CO2 sont d'abord caractérisés en déterminant leur arrangement et leur structure atomique, puis les propriétés mécaniques de faisceaux de NTs de carbone enchevêtrés étudiéses avec l'AFM. Le développement d'un programme calculant les positions atomiques est décrit : le diamètre, l'hélicité, l'arrangement dans le faisceau des NTs, la nature des atomes sont modifiables ad lib. Les structures obtenues ont été utilisées pour des simulations d'images ou de diagrammes de diffraction (EMS, Diffract). Les observations et simulations concordent même pour des séries focales. Le nombre n de nanotubes par faisceau est ainsi très variable (quelques-uns à une centaine) mais le diamètre des NTs diffère peu de 1. 4 nm. Un modèle de poutre sur appuis simples (autres faisceaux, particules graphitiques) traduit la réponse du faisceau déformé. Sa raideur dépend de n et du module d'Young E d'un NT. La sollicitation du milieu tient compte de sa structure et de la géométrie de la pointe pour estimer le nombre de faisceaux sollicités en fonction de l'approche de la pointe. La force dépend ainsi de cette distance selon une loi puissance en accord avec l'expérience. Le produit N2E obtenu de plusieurs centaines de TPa. Tube2 est compatible avec les valeurs annoncées de E(=1 TPa)