Nanotubes de carbone monofeuillets : Etude des écoulements fluides dans un réacteur de synthèse par vaporisation laser continue, et utilisation dans des matériaux composites à matrice organique

Single walled carbon nanotubes : study of outflow in a continuous laser-vaporization reactor and use in composite materials with an organic matrix

• Auteur / Autrice : Anne Foutel-Richard
• Direction : Claude Bathias
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris, CNAM

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites polymères

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Synthèse (chimie)

Nanotubes

Résumé

Nous avons étudié le fonctionnement d'un réacteur de synthèse de nanotubes de carbone monofeuillets (SWNT) par vaporisation continue. La nucléation et la croissance des SWNT dépendent de la température du gaz vecteur qui a été mesuréé par Diffusion Raman Anti-Stokes cohérente et calculée au moyen du code MSD (code ONERA). Dans le profil thermique apparaissent deux domaines où nous avons étudié les variations de température en fonction des paramètres de fonctionnement et de la configuration du réacteur. Nous avons également visualisé l'évolution de la concentration de la suie carbonée par incandescence induite par laser pour tenter de mettre en évidence des effets de concentration de suie influençant la synthèse des nanotubes. La deuxième partie de ce travail a consisté à étudier diverses utilisations des SWNT dans des composites à matrice organique. Le premier cas concerne un composite à fibres de carbone dont on veut que la matrice renferme des nanotubes en vue d'améliorer la tenue en compression. Sous le thème orientation des nanotubes, nous avons ensuite effectué des essais pour imprégner de matrice époxyde/SWNT orientés. Enfin, nous présentons quelques essais d'incorporation de SWNT dans une matrice d'aluminium

A reactor for single walled charbon nanotubes (SWNTs) synthesis working by continuous laser vaporisation is studied. The formation and growth mechaninisms of the SWNTs depend on the flowing gas temperature, wich is measured by Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) and simulated using the code MSD (ONERA's code). We identify two distinct regions of the thermal profile and study their variation with operational parameters and reactor configuration. We observe the evolution of carbonaceous soot concentration using laser induced incandescence to tru to evidence soot concentration effect on the nanotubes synthesis yield. In the second part of this work somes uses of SWNT in composite materials with an organic matrix are studied. The first case concerns a carbon fibre material, wich organic matrix contains nanotubes in order to improve the compression properties. The second theme is the alignment of the nanotubes : tests are made to impregnate of epoxy matrix thread of aligned SWNTs and to realise composite epoxy matrix thread of aligned SWNTs and to realise composite epoxy resin/aligned SWNT. Finally tests of SWNT's incorporation in an aluminium matrix are presented.