Nanotubes de carbone et de nitrure de bore sous haute pression

Carbon nanotubes and boron nitride nanotubes under high pressure

• Auteur / Autrice : Silvio Domingos Silva Santos
• Direction : Alfonso San Miguel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 14/12/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière
• Jury : Président / Présidente : Catherine Journet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nedjma Bendiab, David Dunstan, Vittoria Pischedda, Antonio Gomes De Souza Filho
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Alvarez, Pascal Puech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique en transmission

Spectroscopie Raman

Nitrure de bore

Nanotubes

Mots clés libres

Nanotubes de carbone

Nanotubes de nitrure de bore

Spectroscopie Raman

Microscopie Electronique à Transmission

Hautes Pressions

Systèmes 1D

Transitions de phase

Carbon nanotubes

Boron nitride nanotubes

Raman spectroscopy

Transmission electron microscopy

High pressures

1D systems

Phase transitions

Résumé

Dans ce travail de thèse nous avons étudié la stabilité structurale à très haute pression de nanotubes de carbone et de nitrure de bore à la fois in situ et après cycle de pression. Nous essayons de cette manière une première approche pour déterminer le rôle de paramètres comme la composition (C or BN), nombre de parois ou diamètre dans la limite de stabilité de la structure des nanotubes.Les deux premiers chapitres de la thèse nous permettent de faire une introduction aux aspects fondamentaux relatifs aux propriétés des nanotubes de carbone, suivie d’une présentation des méthodes de synthèse ainsi que des techniques expérimentales utilisées dans cette thèse. Les trois chapitres suivants permettent de présenter l’évolution structurale des trois systèmes étudiés: a) Des nanotubes de carbone monoparois de faible diamètre enrichis en chiralité (6,5), b) nanotubes de carbone triple-parois, et c) des nanotubes de nitrure de bore à parois multiple. Les pressions maximales de ces études ont été de 80, 72 et 50 GPa respectivement. Le collapse radial de la structure et la stabilité tubulaire des nano-objets ont été au centre de nos recherches. En particulier, les nanotubes de carbone à simple parois de chiralité (6,5) peuvent être préservés jusqu’à 50 GPa, pression à la quelle a lieu une transformation irréversible. De leur côté, les nanotubes à 3 parois ont pu être détectés jusqu’à environ 60 GPa, présentant en suite une transformation irréversible à 72 GPa. Enfin, les nanotubes de nitrure de bore ont montré une plus faible stabilité mécanique face à leurs analogues carbonés. De plus ils présentent une évolution vers toute une variété de morphologies, parmi lesquelles certaines ont été observées pour la première fois dans ce travail de thèse

This thesis work focuses on the structural stability of well-characterized carbon and boron nitride nanotubes under very high pressures both including their in situ study as well as after the pressure cycle. We try to provide in this way a first approach to determine the role of parameters as composition (C or BN), number of walls or diameter on the limit stability of nanotube structures.In the two first chapters, we provide a basic description of the theoretical aspects related to carbon nanotubes, we address their main synthesis methods as well as the experimental techniques used in this thesis to study these systems. In the three following chapters, we describe the structural evolution of three systems i) low diameter (6,5) chirality enriched single wall nanotubes ii) triple-wall carbon nanotubes and iii) multiwall boron nitride nanotubes. The maximum pressure attained in these studies were of 80, 72 and 50 GPa respectively.Both the radial collapse of the structure and the mechanical stability of the tubular structure under very high pressure are addressed in the study. In particular, after their collapse, the low-diameter (6,5) single walled carbon nanotubes can be preserved up to 50 GPa and above this value the tubes undergo an irreversible structural transformation. On its side, the triple wall systems could be detected up to ~ 60 GPa but their transformed irreversibly at 72 GPa. Finally boron nitride tubes have a low mechanical stability when compared with their carbon counterparts. Under high pressures they present transformations at different pressures to a variety of structural morphologies, some of them having been detected for the first time in this work