Thèse soutenue

Exfoliation du graphène par voie liquide en vue d'une application aux contacts électriques

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Auteur / Autrice : Kevin Dalla Francesca
Direction : Sophie Noël
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Nano et micro-technologies
Date : Soutenance le 18/07/2016
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
Jury : Président / Présidente : Franck Lederf
Examinateurs / Examinatrices : Sophie Noël, Franck Lederf, Didier Chaussy, Stéphane Lenfant, Pascal Viel, Pascal Martin
Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Chaussy, Stéphane Lenfant

Résumé

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Le graphène est un matériau carboné exceptionnel de par ses propriétés électriques (mobilité électronique à température ambiante de 200 000 cm²V-¹s-¹), mécaniques (module d'Young de 1,5 TPA) et sa capacité à protéger un substrat de l’atmosphère. Cela en fait un candidat idéal comme revêtement de protection pour les dispositifs de connexion dont la partie active (le contact électrique) peut subir des dégradations sévères au cours du temps.. Un tel revêtement de protection doit en effet avoir des propriétés de robustesse et de conduction la plupart du temps antinomiques. La première étape de ce travail a consisté à mettre en œuvre un procède d’exfoliation en phase liquide afin de produire des suspensions de graphène ou de matériaux de type graphène. Différents type de caractérisations structurelles et électriques à l’échelle microscopique ont permis de déterminer des conditions d’exfoliation favorables en variant la nature du solvant et les conditions de sonication. Il s’est agi ensuite d’évaluer différents modes de dépôts permettant d’obtenir un revêtement de protection à partir de feuillets individuels. Les méthodes de trempé, évaporation, spray et filtration ont été caractérisées et ont montré leurs avantages et inconvénients. La méthode de filtration donne les films les plus couvrants mais pose le problème du transfert vers la surface à protéger : on a mis en évidence une contamination résiduelle difficile à éliminer. Les premiers résultats avec une méthode de spray industriel sans buse ont montré une grande réduction du frottement mais aussi la complexité des mécanismes régissant la qualité des dépôts. Les limites des différentes méthodes de dépôt pourraient être dépassées par l’utilisation de films composites polymère-graphène.