Etude structurale des nanotubes de carbone double parois

Structural study of double-walled carbon nanotubes

• Auteur / Autrice : Ahmed Ghedjatti
• Direction : Annick Loiseau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance le 29/01/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'étude des microstructures (Châtillon, Hauts-de-Seine ; 1988-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abhay Shukla, Laëtitia Marty, Richard Martel, Luc Henrard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Suzanne Giorgio, Philippe Poncharal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lumière -- Absorption

Microscopie électronique en transmission

Nanotubes

Mots clés libres

Nanotubes de carbone double parois

Absorption optique

Interaction de Van der Waals

Microscopie électronique en transmission haute résolution

Tri DGU

Monte Carlo

Double-walled carbon nanotube

High resolution transmitting electron microscopy

Optical absorption

Résumé

Le nanotube de carbone double parois représente le cas idéal pour étudier la nature de l'interaction entre parois des tubes multiparois. En partant d'échantillons dispersés de DWNTs synthétisés par CVD, nous avons pu, grâce à la microscopie électronique en transmission haute résolution (METHR), établir une procédure robuste de détermination structurale des configurations. Il apparaît alors que certaines configurations structurales sont privilégiées alors que d'autres sont interdites, mettant en évidence les effets du couplage interparoi. À partir de simulations Monte Carlo réalisées sur des DWNTs de configurations interdites, nous avons montré que le tube interne modifie sa structure pour atteindre une stabilité énergétique, ce que nous avons pu rapprocher d'observations expérimentales. Pour étudier les propriétés électroniques des DWNTs observés expérimentalement, nous avons corrélé les techniques de METHR et d'absorption optique pour analyser des populations différenciées de tubes en nombre de parois, diamètre et nature électronique, grâce à la technique DGU (Ultracentrifugation de Gradient de Densité). À l'issue de trois tris successifs, nous avons pu isoler une population de tubes double parois pure à 95% et dont les tubes extérieurs sont de nature semi-conducteur à 90\%.

Double-walled carbon nanotube represents the ideal case to investigate the nature of the interaction between walls of multiwall tubes. Starting with scattered samples of DWNTs synthesized by CVD, we have established a robust procedure for structure determination of configurations based on high resolution electron microscopy transmission (HRTEM). After achieving a statistical study, it appears that some structural configurations have been favored while others are completely forbidden, highlighting the effects of inter-wall coupling. To go beyond, we have performed Monte Carlo simulations at atomic scale on DWNTs with forbidden configurations. As a result, we have shown that the inner tube changes its structure to achieve energy stability, in good agreement with experimental observations. To study the electronic properties of DWNTs observed experimentally, we correlated HRTEM and optical absorption techniques for analyzing differentiated tubes populations by number of walls, diameter and electronic nature, thanks to the technical DGU (Density Gradient Ultracentrifugation ). After three successive sorting, a pure population of double-walled tubes to 95% and of which 90% of the outer tubes are semiconductor has been isolated.