Synthèse et caractérisation de nouvelles nanostructures à base d’oxyde et de carbure de Fe

Synthesis and characterization of new nanostructures based on oxide and iron carbide

• Auteur / Autrice : Cynthia Joseph Eid
• Direction : Antonio Khoury, Yves Monteil, Arnaud Brioude
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physique des Matériaux
• Date : Soutenance le 30/09/2010
• Etablissement(s) : Lyon 1 en cotutelle avec École doctorale des Sciences et de Technologie (Beyrouth)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Zeinab Saad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roy Al Asmar, Philippe Miele
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Simonato, Malek Tabbal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hématite

Cémentite

Oxyde ferreux

Matériaux -- Propriétés magnétiques

Matériaux -- Propriétés électriques

Matériaux -- Propriétés optiques

Matériaux nanostructurés

Nanostructures

Nanotubes

Mots clés libres

Nanotube

Nanofibre

Hématite

Cémentite

Électrospinning

Dip-coating

Oxyde de fer

Carbure de fer

Nanotube

Nanofiber

Hematite

Cementite

Electrospinning

Dip-coating

Iron oxide

Iron carbide

Résumé

Comme les propriétés physiques d'un matériau à l’échelle nanométrique sont largement dépendantes de la taille et de la forme des nanostructures, il est inutile de synthétiser de nouvelles compositions et morphologies. L’étude avancée de leur structure par les techniques de caractérisation usuelles (MET, MEB, DRX, Raman…) permettra de collecter toutes les informations nécessaires à la compréhension de leurs propriétés physiques (magnétiques, optiques, électriques). Dans ce manuscrit, nous décrirons plusieurs approches d’élaboration de nanostructures 0D, 1D et 2D multifonctionnelles afin de mieux connaître les paramètres qui contrôlent leur composition chimique et leur structure. De plus, ce travail de recherche a abouti à la synthèse de nouveaux matériaux à base d’oxyde et de carbure de fer. Des nanofibres magnétiques ayant des morphologies originales « Ruban » et « tube » ont été élaborées par la technique d’électrospinning en modifiant plusieurs paramètres expérimentaux : concentration de la solution, atmosphères de traitement thermique, température de recuit… De plus, des couches minces guidantes dopées par des nanostructures magnétiques ont été préparées par la technique dip-coating. Nous avons mené une étude complexe et détaillée sur les propriétés structurales de ces matériaux afin de définir les paramètres expérimentaux qui permettront d’obtenir des nano objets de bonne qualité. Dans un but ultime, nous souhaiterons explorer les possibilités d’application de ces matériaux qui présentent à la fois des caractéristiques électriques et magnétiques.

The physical properties of a nanomaterial strongly depend on the size and the shape of the nanostructure. As a consequence, it is interesting to elaborate new materials with different compositions and morphologies. The advanced study on the structure using common characterization techniques (TEM, MEB, XRD, Raman…) allows us to collect all the important information on their physical properties (magnetic, optical and electrical properties). In this thesis, we describe multiple ways to elaborate multifunctional nanostructures with 0D, 1D and 2D in order to study the parameters that control their chemical composition and structure. Besides, this research lead to the elaboration of new nanomaterials based on the oxide and the carbide forms of iron. Magnetic nanofibers with different morphologies (belts, tubes) were prepared using the electrospinning technique while controlling several experimental parameters : solution concentration, pyrolysis atmosphere, thermal treatment temperature… Moreover, thin layers doped with magnetic nanostructures were deposited on a pyrex substrate using the dip-coating technique. A full and detailed study on their structural properties was performed in order to reach the experimental parameters that allow us to obtain high quality products. Finally, we wish to explore the possible applications of these materials that present interesting electrical and magnetic characteristics.