Caractérisation expérimentale d'un plasma d'arc électrique en vue du contrôle de la synthèse des nanotubes de carbone monoparois

Experimental characterization of an electric arc-plasma for the control of the single wall carbon synthesis

• Auteur / Autrice : Ali Jawad Mansour
• Direction : Manitra Razafinimanana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et ingénierie des plasmas de décharge
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie d'émission

Plasmas, Dynamique des

Arc électrique

Microscopie électronique

Synthèse (chimie)

Teneur en carbone

Nanotubes

Mots clés libres

Nanotubes de carbone

Arc électrique

Spectroscopie d'émission

Microscopie Electronique

Anode hétérogène

Baude de Swan

Taux de recyclage

Résumé

L'étude menée dans le cadre de ce travail de thèse porte principalement sur le contrôle de la synthèse des nanotubes de carbone monoparoi (SWCNTs) par la méthode de l'arc électrique. Trois régions privilégiées sont étudiées : la zone anodique, le milieu plasma et la zone de croissance des SWCNTs. Le diagnostic du plasma a été réalisé par spectroscopie optique d'émission atomique et moléculaire afin de corréler son état réel (champ de température et de concentrations des espèces) avec la propreté et le rendement des SWCNTs obtenus. La caractérisation des matériaux issus de chaque expérience a été réalisée par Microscopie Electronique en Transmission Haute Résolution (METHR). De nombreux paramètres sont étudiés tels que la distance interélectrode, la densité apparente des poudres de remplissage, le volume du réacteur. . , afin d'évaluer leurs influence sur les caractéristiques du plasma, sur les gradients thermiques dans la zone de croissance, et sur la propreté et le rendement des SWCNTs obtenus. Il est démontré dans ce travail qu'un refroidissement relativement faible et une forte densité de carbone dans le plasma, couplés et à de forts gradients thermiques dans la zone de croissance sont des éléments clés pour l'obtention de rendements élevés en SWCNTs propres.

The study carried out within the framework of this thesis relates to the synthesis control of the Single Walled Carbon Nanotubes (SWCNTs) by the electric arc technique. Three privileged regions are studied: the anodic region, the plasma medium and the growth region of SWCNTs. The plasma diagnostic was carried out by optical emission spectroscopy in order to correlate its real state (field of temperature and concentrations of the species) with the yield and purity of SWCNTs obtained. The characterization of carbon materials was realized using High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM). Many parameters are studied such as the interelectrode gap, the apparent density of the filler materials, the engine volume. . , in order to evaluate their influence on the plasma characteristics, on the thermal gradients in the growth zone, and on the yield and the purity of SWCNTs obtained. It is shown in this work that a relatively weak cooling and a high density of carbon in the plasma, coupled with high thermal gradients in the growth zone, are keys elements for obtaining high yields of clean SWCNTs.