Recherche Avancée

Thèse soutenue

Spectroscopie Raman des nanotubes de carbone : interaction avec l'environnement

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Auteur / Autrice : Ayman Bassil
Direction : Wolfgang Bacsa, Pascal Puech
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et nanophysique
Date : Soutenance en 2006
Etablissement(s) : Toulouse 3

Résumé

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Les nanotubes sont des objets de diamètre nanométriques et de longueur micrométriques. La densité d’état électronique présente des singularités de Van Hove caractéristiques d’un milieu unidimensionnel. Ces singularités sont responsables de transitions optiques dans le visible. L’excitation résonnante implique une forte absorption et donc un échauffement des nanotubes. La surface de ces nano objets est très importante conduisant à de très fortes adsorptions. L’échauffement et l’environnement des nanotubes vont modifier le spectre Raman. La première partie de cette thèse est consacrée à l’étude des nanotubes doubles parois, par spectroscopie Raman, en fonction de la puissance et en fonction de l’environnement. Nous présenterons dans un premier temps l'intérêt de thermaliser les nanotubes dans un liquide afin de contrôler l'évacuation de la chaleur. Le faible transfert de chaleur entre les tubes en poudre illuminés sous faisceau laser peut conduire à des échauffements. Nous montrerons comment expérimentalement, il est possible de s'affranchir de ce problème, ce qui permet d'accéder à des résultats précis. Ensuite, nous montrerons comment les tubes caractérisés précédemment peuvent nous renseigner sur leur propre environnement. La spectrométrie Raman permet d'apporter des informations sur la dispersion des tubes et sur les parois en contact avec la surface. En retour, le signal Raman permet d'obtenir des informations fondamentales sur le comportement de la bande D en fonction de l’environnement, bande associée aux défauts et qui est très sensible à la pression extérieure. La seconde partie est consacrée aux nanotubes lorsqu'ils sont incorporés à faible taux, 0. 4%, dans une matrice polymère afin d’améliorer la conductivité du composite. Nous avons utilisé l’imagerie Raman pour vérifier la dispersion des nanotubes dans le polymère et pour sonder leur environnement chimique. Nous avons observé des inhomogénéités spatiales dans le décalage de la bande G. Les cartographies Raman sont corrélées avec des mesures de conductivité électrique. La conductivité la plus élevée correspond à la cartographie ayant la meilleure dispersion des nanotubes. Ensuite, des coupes ont été réalisées sur le composite, avec (1) des impulsions laser de hautes énergie (150 J/pulse) et (2) un outil diamant. Nous avons réalisé des mesures Raman, AFM et de conductivité pour caractériser les modifications dans le composite. La surface usinée avec un outil de diamant présente une bonne conductivité électrique tandis que la surface irradiée par laser devient un mauvais conducteur avec une modification de l'interaction nanotube-polymère sur une profondeur environ de 25 µm.