Thèses : « Nanotubes – Carbone – Propriétés optiques »

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Voisin, Christophe. "Propriétés Optiques des Nanotubes de Carbone." Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00430590.

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Résumé :

Les nanotubes de carbone dont les deux tiers sont des semi-conducteurs à gap direct, ont des propriétés optiques originales dominées par le caractère undimensionel du confinement quantique imposé aux électrons. Ceci donne naissance à des excitons très fortement liés dont nous avons étudié la structure fine par des techniques de photoluminescence et de diffusion Rayleigh. Par ailleurs, l'étude de la dynamique des excitations élémentaires (à l'échelle sub-pico-seconde), nous a permis de mettre en évidence le rôle prépondérant des interactions avec l'environnement sur les propriétés de ces objets dont tous les atomes sont en surface. Dans une dernière partie, nous montrons comment tirer partie de cette interaction en fonctionnalisant les nanotubes avec des chromophores organiques dans le but de réaliser des dispositifs opto-électroniques de conversion d'énergie lumineuse.

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Lauret, Jean-Sébastien. "Etude des propriétés optiques des nanotubes de carbone." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004218.

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Résumé :

Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés optiques des nanotubes de carbone mono-paroi.
Dans un premier temps, la spectroscopie d'absorption a été utilisée comme un outil de caractérisation des différents échantillons. En effet, l'énergie de la transition entre la première paire de singularités de Van-Hove étant proportionnelle à l'inverse du diamètre, la spectroscopie d'absorption donne une mesure du diamètre moyen ainsi que de la largeur de la distribution en diamètre.
Nous avons étudié les conditions d'observation d'un signal de photoluminescence au niveau du gap des nanotubes semi-conducteurs. Pour observer ce signal, les nanotubes doivent être isolés, en les mettant convenablement en suspension par exemple. Les expériences de photoluminescence sélective en longueur d'onde ont montré que les structures observées dans les spectres peuvent être attribuées aux différentes chiralités présentes dans l'échantillon. Elles ont également permis d'évaluer la largeur homogène de la transition fondamentale (environ 20 meV). Enfin, la spectroscopie d'excitation de la photoluminescence a permis de déterminer la chiralité des différents nanotubes présents dans nos échantillons.
Dans un deuxième temps, la dynamique des porteurs de charge dans les nanotubes de carbone a été étudiée à l'aide d'expériences de type pompe-sonde. Cette étude réalisée sur des nanotubes déposés sur un substrat et agrégés en corde a montré l'existence d'un couplage tunnel entre les nanotubes semi-conducteurs et les nanotubes métalliques au sein d'une corde. L'existence de ce couplage ainsi que la brièveté des temps de relaxation (picoseconde) expliquent l'absence de signal de photoluminescence sur ce type d'échantillon. La comparaison faite avec les données obtenues sur les échantillons de nanotubes isolés montre une augmentation d'un ordre de grandeur des temps de relaxation, ce qui est en accord avec l'apparition d'un signal de photoluminescence observable sur ces échantillons. L'étude de la réponse non-linéaire hors résonance a mis en évidence la dynamique du plasmon de surface des nanotubes. Elle a également permis d'interpréter le fond d'absorption sur lequel sont superposées les raies dues aux transitions inter-bandes comme la queue basse énergie de la résonance plasmon de surface. Enfin, la susceptibilité non-linéaire d'ordre trois des nanotubes a pu être évaluée. La comparaison entre le facteur de mérite des nanotubes et celui d'autres matériaux étudiés en vue d'une application en optique non-linéaire a montré que les nanotubes de carbone semblent posséder des propriétés intéressantes pour ce type d'applications.

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Gandil, Morgane. "Propriétés magnéto-optiques de nanotubes de carbone individuels suspendus." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0647/document.

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Résumé :

Cette thèse est consacrée à l’étude expérimentale des propriétés magnéto-optiques intrinsèques des nanotubes de carbone mono-paroi par spectroscopie de photoluminescence résolue en temps.Un dispositif de microscopie optique confocale de grande ouverture numérique (NA = 0.95),incluant un cryostat magnétique, permet l’étude de nanotubes suspendus à l’échelle individuelle,à température cryogénique (jusqu’à 2 Kelvin) et sous champ magnétique (jusqu’à 7 Tesla). L’évolution des spectres et des déclins de photoluminescence avec le champ magnétique montre l’influence de l’effet Aharonov-Bohm sur les deux excitons singulets de plus basse énergie, c’est à-dire l’exciton fondamental qui est optiquement inactif (exciton noir) et un exciton d’énergie supérieure séparé de quelques milliélectronvolts qui est optiquement actif (exciton brillant). L’interprétation de ces résultats à partir d’un modèle d’équations de taux qui intègre le couplage Aharonov-Bohm entre ces deux excitons permet de déterminer séparément les durées de vie excitoniques et de fournir des informations quantitatives sur la relaxation de l’énergie depuis les niveaux supérieurs photo-excités. La relaxation de l’énergie suite à la photo-excitation de la transition S22 conduit à une efficacité de peuplement de l’état brillant quatre fois plus faible que celle de l’état noir, mais qui augmente significativement lorsque la relaxation se produit depuis les niveaux excitoniques KK’. D’autre part, le bon rapport signal à bruit obtenu dans les spectres de photoluminescence permet de révéler l’existence d’un couplage intrinsèque en champ nul entre l’exciton noir et l’exciton brillant ainsi que le maintien de la mobilité excitonique dans les nanotubes suspendus à la température de l’hélium liquide
This thesis is dedicated to the experimental study of the intrinsic magneto-optical properties of single-walled carbon nanotubes through time-resolved photoluminescence spectroscopy. Measurements are performed on suspended nanotubes samples at the single-object level using a home-built confocal optical microscope with a large numerical aperture (NA = 0.95) operating at cryogenic temperature (down to 2K) and high magnetic field (up to 7T). The evolution of the photoluminescence spectra and decay signals with increasing magnetic fields shows the influence of the Aharonov-Bohm effect on the two lowest-energy singlet excitons, namely the ground exciton which is optically inactive (dark exciton) and an exciton lying a few millielectron volts higher in energy which is optically active (bright exciton). A model of these results based on rate equations and including the Aharonov-Bohm coupling between these two excitons enables to determine separately the excitons lifetimes and to derive quantitative information on the energy relaxation from the photo-excited higher levels. The energy relaxation following the photo-excitation of the S22 transition leads to a bright state population efficiency four times lower than that of the dark state, but it significantly increases when energy relaxation occurs from the KK’ excitonic levels. Thanks to a good signal to noise ratio, the photoluminescence spectra also reveal the presence of an intrinsic zero-field coupling between the dark and the brightexcitons, as well as an excitonic mobility preserved at liquid helium temperature in suspended nanotubes

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Vivien, Laurent. "Etude des propriétés optiques non linéaires des nanotubes de carbone pour la limitation optique." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2001. http://www.theses.fr/2001EPXX0011.

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Gaufrès, Etienne. "Photonique des nanotubes de carbone sur silicium." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112215.

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Résumé :

Depuis leur découverte, les nanotubes de carbone ont suscité un grand intérêt pour leurs propriétés électroniques et optiques. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse a été d'étudier les propriétés optiques des nanotubes de carbone semiconducteurs pour la réalisation de composants photoniques aux longueurs d'onde des télécommunications. La première partie de la thèse a concerné l'évolution des propriétés optiques des s-SWNTs en fonction de l'environnement des nanotubes : Pour cela une méthode d'extraction des s-SWNTs a été développée en collaboration avec l'AIST Tsukuba au Japon. L'influence néfaste des nanotubes métalliques et des impuretés sur les propriétés optiques des s-SWNTs ont été mis en évidence. Les différentes caractérisations effectuées sur des couches minces hautement purifiées en s-SWNTs ont révélés une amélioration du signal de luminescence des nanotubes semiconducteurs. Ces résultats ont conduit dans une seconde partie à étudier l'émission des s-SWNTs en régime non linéaire. Un gain optique dans les nanotubes semiconducteurs a pu être ainsi démontré expérimentalement pour la première fois. La dernière partie des travaux de thèse a porté sur l'intégration optique de ces nanotubes de carbone dans des structures photoniques silicium. Ces travaux expérimentaux ouvrent la voie vers la réalisation de sources de lumière intégrées sur silicium à base de nanotubes de carbone et à plus long terme vers une nouvelle photonique à base de nanotubes de carbone
Semiconducting single wall carbon nanotubes (s-SWNT) have recently attracted a lot of interest due to their tunable direct band gap, making them first-rate candidate for new optoelectronic and photonic applications at telecom wavelengths. Ln this focus, the thesis main objective was the semiconducting carbon nanotubes optical properties study as a function of environment, especially the presence of metallic nanotubes. The selective extraction of semiconducting nanotubes, performed in collaboration with AIST Tsukuba in Japan, leads to an enhancement of nanotubes' light emission and reduce optical losses. Moreover, evidences of optical gain in (8,6) et (8,7) s-SWNT were observed in highly purified semiconducting carbon nanotubes sample. Ln a second time, the optical interaction between silicon based nanostructures and carbon nanotubes as an active material was studied and the coupling of the photoluminescence into a waveguide was experimentally demonstrated. This work paves the way towards the realization of an integrated ligth source based on carbon nanotubes and on the long run, towards carbon nanotube photonics

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Langlois, Benjamin. "Propriétés optiques hors-équilibre des nanotubes de carbone nus ou fonctionnalisés." Thesis, Paris, Ecole normale supérieure, 2014. http://www.theses.fr/2014ENSU0017/document.

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Résumé :

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale par spectroscopie pompe-sonde femtoseconde des propriétés optiques hors-équilibre de solutions micellaires de nanotubes de carbone. Les propriétés des nanotubes de carbone sont profondément affectées par leur géométrie unidimensionnelle. Les interactions coulombiennes exaltées du fait du confinement quantique des électrons à une dimension donnent naissance à des excitons fortement liés. L'analyse des spectres d'absorption transitoire par la méthode des moments permet une étude des interactions entre excitons. La relaxation des excitons s'avère gouvernée par les collisions entre excitons, limitées par la diffusion à 1D dans le nanotube. La présence d'excitons dans une sousbande conduit à un décalage uniforme vers le bleu de l'ensemble des transitions excitoniques et à un élargissement de même ampleur. Ainsi, les interactions croisées entre excitons de sousbandes différentes sont de même amplitude qu'entre excitons de même sousbande, en accord avec une modélisation simple.Par ailleurs, les nanotubes sont constitués uniquement d'atomes de surface, ce qui leur confère une forte sensibilité à l'environnement. Cette sensibilité est mise à profit dans des composés hybrides où la fonctionnalisation non-covalente par des colorants ouvre une nouvelle voie d'excitation des nanotubes. Notre étude montre que le transfert d'énergie entre les colorants et les nanotubes permet une excitation monochromatique efficace et uniforme de l'ensemble des espèces de nanotubes. Une fois l'exciton transféré au nanotube, sa relaxation s'avère ensuite identique à celle observée dans les nanotubes nus
This thesis is devoted to the experimental study by femtosecond pump-probe spectroscopy of micellar solutions of carbon nanotubes. The properties of carbon nanotubes are greatly affected by their 1D geometry. Quantum confinement of electrons in 1D leads to enhanced coulomb interactions giving rise to strongly bound excitons. Many-body effects between excitons is investigated by the moment method analysis of the transient absorption spectra. The relaxation of excitons is controlled by diffusion-limited collisions between excitons. The presence of excitons in the lowest subband results in a broadening and an uniform blue-shift of the excitonic energy spectrum. Intra and intersubband interactions turn out to be of the same magnitude, in agreement with a simple mean field theory of excitonic interactions.Moreover, the one-layer structure of nanotubes results in strong interaction with the environment. We take advantage of the environmental sensitivity of nanotubes in hybrid compounds where the non-covalent functionalization with dyes opens a new extrinsic monochromatic excitation channel of the nanotubes through an efficient and ultrafast energy transfer between dyes and nanotubes. Once the exciton transferred to the nanotube, its relaxation is similar to the one observed in bare nanotubes

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Ricaud, Benjamin. "Modélisation et étude des propriétés optiques des nanotubes de carbone." Phd thesis, Université du Sud Toulon Var, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00183627.

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Résumé :

Le spectre d'absorption optique des nanotubes de carbone semiconducteurs est analysé par une approche mathématique rigoureuse. Un modèle quantique décrivant le nanotube est suggéré et est étudié à l'aide de la théorie de perturbation. En utilisant la petitesse du rayon du tube, le problème est d'abord réduit à une dimension. La théorie de la réponse linéaire permet ensuite d'exprimer le spectre d'absorption en fonction des états propres de l'Hamiltonien unidimensionel associé au tube.
Plusieurs arguments physiques ainsi que l'utilisation intensive de la théorie de perturbation amènent l'étude de l'Hamiltonien unidimensionel, à grand nombre de particules, à être réduite à celle de l'Hamiltonien de l'exciton, système composé de deux particules de charges opposées. Des expressions quasi-analytiques pour les états propres de ce système, dépendantes du rayon du tube, sont obtenues perturbativement. Les pics d'absorption de lumière correspondant à des énergies dans la lacune entre bande de valence et bande de conduction du nanotube semiconducteur sont alors reliés à la présence d'excitons et la localisation des pics est donnée en fonction du rayon du tube par une expression approchée avec un terme d'erreur contrôlé.

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Alibart, Fabien. "Propriétés optoélectroniques des nanostructures de carbone azotées : applications aux dispositifs électroniques." Amiens, 2008. http://www.theses.fr/2008AMIE0129.

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Résumé :

Ce mémoire présente une corrélation des propriétés optiques et électriques des couches minces de carbone amorphe azoté déposées par pulvérisation cathodique. La compréhension de ces propriétés est ensuite mise à profit pour la réalisation de dispositifs électroniques élémentaires (diodes et transistors). Les propriétés optiques ont été présentées dans le cadre du modèle ππ* spécifique aux matériaux amorphes carbonés permettant de définir le paramètre de désordre W-1 comme une évaluation de la densité d'état des matériaux. Les propriétés électriques ont été étudiées par mesure de conductivité électrique en température dans une gamme de -170 °C à 300°C afin d'accéder aux différents mécanismes de transport des films minces. La microstructure des couches minces a été sondée par mesure de spectroscopie Raman et Infrarouge. Le paramètre de désordre W-1 a été interprété comme une mesure du désordre global (structural et topologique). La contribution préferentielle au désordre par incorporation d'azote dans les couches a été attribuée à une augmentation du désordre topologique (dispersion de la taille des clusters). L'augmentation de la conductivité a été corrélée dans ce stade à une augmentation de la connectivité des amas sp² en accord avec une augmentation de la taille des clusters. Aux plus grandes teneurs en azote, les films de carbone amorphe ont présenté une diminution de la conductivité et ont été décrits dans le cadre d'un modèle spécifique aux matériaux fortement sp² (adaptation du modèle à deux phases de Robertson) permettant de mettre en évidence la contribution majeure des liaisons terminales CN. Les évolutions des propriétés optoélectroniques observées ont ensuite été mises à profit pour décrire le comportement de dispositifs électroniques élémentaires (jonctions diodes Pt/aCN/Si et électrodes pour OTFT)
We have presented in this study a correlation of the electrical and optical properties of highly sp² amorphous carbon nitride for the development of electronic devices applications. The amorphous carbon thin films have been deposited using reactive plasma (Ar+N2) magnetron sputtering techniques (namely, DC sputtering, DCpulse sputtering and Radio Frequency sputtering). The partial pressure of nitrogen has been used to vary the optoelectronics properties of the films. The optical gap has been presented in the light of the ππ* model for amorphous carbon materials and the disorder parameter W-1 has been used to determine the Density Of States (DOS) evolution with nitrogen incorporation. The electrical conductivity has been studied in the temperature range of -170°C to 300°C and has revealed the presence of Variable Range Hopping conductivity (T<~30°C) and thermally activated conductivity (higher temperature). The conductivity has been interpreted as a function of the DOS evolution. The microstructural evolutions of the films with nitrogen incorporation have been investigated by Raman spectroscopy and IR absorption spectroscopy. The disorder parameter W-1 has shown a linear dependence with the optical Tauc gap for this range of materials (highly sp² carbon films) and has been interpreted as a measure of the overall disorder (structural and topological). The nitrogen incorporation favours the graphitization and the clustering of the sp² phase in the first stage of nitrogen incorporation. The preferential contribution of disorder has been identified as an increase of topological disorder (cluster size dispersion). The increase of electrical conductivity in this stage has been correlated to the increase of disorder and has revealed an increase of the sp² connectivity consistent with an increase of the cluster size. The decrease of conductivity for the higher nitrogen content has been interpreted in a specific model for highly sp² materials (adaptation of Robertson’s two phase model). The proportion of CN triple bonds has been identified as a major effect on the material connectivity affecting the optoelectronic properties of the films. Finally, we have presented the realisation of electronic devices involving amorphous carbon thin films. The diode junction of Pt/aCN/c-Si have been realised and the behaviour of the junctions has been explained regarding to the disorder and localisation contribution of the films. The realisation of aCN electrodes for organic thin films transistors (OTFT) opens the possibility of the development of semi-metal applications for the carbon thin films with the higher conductivity

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Ricaud, Benjamin. "Modélisation et étude des propriétés optiques des nanotubes de carbones." Toulon, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00183627/fr/.

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Résumé :

Le spectre d'absorption optique des nanotubes de carbone semiconducteurs est analysé par une approche mathématique rigoureuse. Un modèle quantique décrivant le nanotube est suggéré et est étudié à l'aide de la théorie de perturbation. En utilisant la petitesse du rayon du tube, le problème est d'abord réduit à une dimension. La théorie de la réponse linéaire permet ensuite d'exprimer le spectre d'absorption en fonction des états propres de l'Hamiltonien unidimensionel associé au tube. Plusieurs arguments physiques ainsi que l'utilisation intensive de la théorie de perturbation amènent l'étude de l'Hamiltonien unidimensionel, à grand nombre de particules, à être réduite à celle de l'Hamiltonien de l'exciton, système composé de deux particules de charges opposées. Des expressions quasi-analytiques pour les états propres de ce système, dépendantes du rayon du tube, sont obtenues perturbativement. Les pics d'absorption de lumière correspondant à des énergies dans la lacune entre bande de valence et bande de conduction du nanotube semiconducteur sont alors reliés à la présence d'excitons et la localisation des pics est donnée en fonction du rayon du tube par une expression approchée avec un terme d'erreur contrôlé
The optical absorption spectrum of carbon nanotubes is analysed, using a rigourous mathematical approach. A quantum model describing the carbon nanotube is suggested and investigated with the help of perturbation theory. The smallness of the tube radius allows to reduce the study to a one dimensional problem. Then, the linear response theory gives an expression for the absorption spectrum depending on the eigenstates of the one-dimensional Hamiltonian associated with the tube. Several physical arguments as well as an intensive use of perturbation theory allow to reduce the study of the many body Hamiltonian to the study of the exciton Hamiltonian, which describes a system made of two particles with opposite charges. Quasi-analytical expressions for the eigenstates of this system, depending on the radius of the tube, are obtained perturbatively. Peaks of absorption of light with energy in the gap between the valence and conduction bands of the semiconductor nanotube are related to the existence of excitons and the localisation of the peaks is given with respect to the radius of the nanotube by an approximated expression, with a controled error term

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Vialla, Fabien. "Interaction entre les nanotubes de carbone et leur environnement physico-chimique : vers un contrôle des propriétés optiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00971753.

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Résumé :

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale par spectroscopie de photoluminescence de nanotubes de carbone nus et fonctionnalisés. Les nanotubes étant formés exclusivement d'atomes de surface, leurs propriétés optiques peuvent être grandement altérées, mais aussi contrôlées, par interaction avec l'environnement physico-chimique. Un dispositif de microscopie confocale à l'échelle de l'objet unique et à température cryogénique est développé pour l'étude de la luminescence de nanotubes déposés sur substrat. La variété des profils spectraux observés est interprétée en terme d'un couplage entre excitons localisés et phonons acoustiques unidimensionnels dont le spectre peut être altéré aux basses énergies. Ce mécanisme explique notamment l'observation originale de raies très fines, de largeur inférieure à 500 µeV. La fonctionnalisation non-covalente des nanotubes par des molécules de colorants (porphyrines) introduit une nouvelle voie d'excitation optique par un transfert d'énergie très efficace. Le suivi physico-chimique de la réaction d'adsorption nous informe sur la couverture et l'affinité des molécules sur les nanotubes. Une étude de photoluminescence sur composés uniques résolue en polarisation montre une forte anisotropie du transfert d'énergie gouvernée par des effets d'antenne à proximité du nanotube. Enfin, le colorant peut être utilisé comme cellule d'absorption de référence pour évaluer la section efficace d'absorption des nanotubes. Une nette évolution avec l'angle chiral de l'espèce est notamment observée pour l'absorption à la résonance optique S22.

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Ehinon, Daniel. "Approche quantique de la physisorption de molécules sur des nanotubes de carbone." Pau, 2010. http://www.theses.fr/2010PAUU3013.

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Debbichi, Lamjed. "Etude ab-initio des propriétés électroniques, optiques et du transport électronique dans les nanotubes de carbone." Strasbourg, 2010. http://www.theses.fr/2010STRA6231.

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Résumé :

Ce travail a pour objectif la compréhension des effets des impuretés sur les propriétés électroniques et de transport électronique des nanotubes de carbones monoparois. Dans la première partie nous avons étudié l'effet du dopage substitutionnel par des atomes de bore, d’azote ou de silicium sur la structure électronique des nanotubes de carbone pour différents diamètres, dans le but de déterminer la dépendance de la réactivité chimique en fonction de la courbure des nanotubes. Puis nous avons étudié la distribution des impuretés en fonction de la chiralité des nanotubes, et le comportement des spectres optiques en fonction du diamètre et de la chiralité des nanotubes en présence d’impuretés. Dans la deuxième partie, nous avons utilisé le formalisme de la fonction de Green hors-équilibre pour mieux comprendre les propriétés de transport électronique des nanotubes de carbone. Il s’agit de calculer la conductance électrique d’un nanotube dans lequel est insérée, ou sur lequel est adsorbée, une molécule organique. Pour déterminer l’adsorption de la molécule sur la surface du nanotube, nous avons calculé l’énergie totale en tenant compte des forces de dispersion de van der Waals. Nous avons également étudié l’effet des liaisons chimiques polarisées en spins à l’interface des jonctions Fe(100)- nanotube par contact direct sur les propriétés de conduction des nanotubes zigzag et armchair de différentes tailles
The objective of this work is to understand the effects of impurities on the electronic and transport properties of single wall carbon nanotubes. In the first part, we studied the effect of substitutional doping by boron, nitrogen or silicon atoms on the electronic structure of carbon nanotubes for different diameters in order to determine the chemical reactivity as a function of the nanotube curvature. We then studied the impurity distribution as a function of the nanotube chirality and the behavior of the optical spectra as a function of the diameter and the chirality of the nanotubes and as a function of the impurity distribution. In a second part, we used the nonequilibrium Green’s function to understand the electronic transport of carbon nanotubes. This is to calculate the electric conductance of a single nanotube in which an organic molecule is either inserted or adsorbed on its surface. To determine the adsorption of the molecule we calculated the total energy, taking into account the dispersive forces of van der Waals. We also studied the effect of spin polarized chemical bonding at the interface of the Fe(001)-nanotube direct junctions on the electronic transport of zigzag and armchair nanotubes of different sizes

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Noury, Adrien. "Photonique hybride des nanotubes de carbone." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112199/document.

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Résumé :

L’intégration des communications optiques sur puce offre de vastes promesses en termes de performances et de réduction de la puissance consommée, les canaux optiques ne souffrant pas des nombreuses limitations des canaux métalliques. De plus, l’information codée optiquement permet d’atteindre des débits de données élevés par le biais du multiplexage en longueur d’onde. Afin de conserver la compatibilité avec les composants électroniques, les communications et composants optiques doivent s’intégrer dans la filière silicium. Cependant, ce dernier matériau ne permet pas d’envisager la réalisation de certaines fonctions optiques, en particulier la source laser. D’autres matériaux doivent ainsi être intégrés pour suppléer au silicium. Mes travaux de thèse portent sur l’intégration de nanotubes de carbone sur plate-forme silicium pour la photonique. Dans ces travaux, le potentiel des nanotubes de carbone pour la réalisation de sources optiques intégrées est exploré. Dans un premier temps, je proposerai des pistes de compréhension de l’apparition du gain optique dans les nanotubes de carbone semiconducteurs par analyse des temps de vie des excitons, mesurés en spectroscopie pompe-sonde. Ces temps de vie sont sensiblement rallongés lorsque la centrifugation des nanotubes de carbone, au cours de l’extraction, est poussée à des vélocités et des temps plus longs. Une explication envisagée est la réduction du nombre de défauts à la surface des nanotubes, ces défauts se comportant comme des centres de recombinaison non-radiatifs. D’autre part, une méthode efficace d’intégration des nanotubes de carbone sur guide d’onde silicium a été proposée. Cette méthode robuste et permet d’observer le couplage de la photoluminescence des nanotubes de carbone avec le mode optique du guide d’onde. Afin d’obtenir une interaction exaltée entre mode optique et nanotube de carbone, le couplage entre les nanotubes et différentes cavités photoniques, incluant microdisques, cavités Fabry-Pérot et micro-résonateurs en anneau, a été étudié. L’emploi en particulier de résonateurs en anneau permet d’observer la structuration de la photoluminescence des nanotubes de carbone par les modes de résonance de l’anneau. Différentes configurations ont été étudiées afin de compléter la compréhension des mécanismes de couplage : micro-photoluminescence, photoluminescence guidée et photoluminescence intégrée
On-chip optical communication may increase drastically performances and consumption of communication systems. Indeed, optical channels do not face limitations that metallics interconnects do. Even better would be the achievable data rate due to the multiplexing possibility in optics. In order to keep compatibility with electronic devices, optical components and interconnects should be built in silicon. However, this material is not suitable for some optical function, such as laser sources. Thus, there is a need to integrate alternative materials to compensate for silicon weaknesses. My PhD work focuses on integration of carbon nanotube on silicon for photonics applications. In this work, potential use of carbon nanotube for light emission function is investigated. First, I will propose clue to understand the appearance of optical gain in semiconducting carbon nanotube. Such investigation is done by mean of pump-probe experiments, where the excitons lifetimes are measured. Those lifetimes slightly increase while centrifugation time and speed is increased, during the extraction process. A possible explanation is that defect-free carbon nanotubes are selected by the centrifugation process. In parallel, I worked on designing an efficient method to couple nanotubes photoluminescence with silicon waveguides. This method appears to be quite robust, and allows to observe coupling between the nanotube photoluminescence and the optical mode of the waveguide. In order to obtain a more intense interaction between the optical mode and carbon nanotubes, I investigated the coupling between carbon nanotubes and several photonic cavities, including microdisks, Fabry-Pérot cavities and ring resonators. Specifically, ring resonators allow to measure the photoluminescence of carbon nanotube structured by the resonant modes. Several configurations are studied to understand more in-depth the coupling mechanisms: micro-photoluminescence, guided photoluminescence and integrated photoluminescence

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El, Hadj Karim. "Assemblages supramoléculaires fonctionnels de protéines photosensibles et de nanotubes de carbone : morphologie et propriétés de fluorescence." Nantes, 2013. http://www.theses.fr/2013NANT2095.

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Résumé :

Les mécanismes de transfert d’énergie dans des assemblages hybrides nanotubes de carbone monoparois (NTC) / protéines photosensibles sont étudiés grâce à des mesures optiques et de fluorescence. Leur morphologie a été caractérisée par microscopie à force atomique et électronique en transmission. Les protéines sont immobilisées sur la paroi des nanotubes de carbone en suivant un protocole impliquant une étape de dialyse permettant de conserver les propriétés intrinsèques de chaque molécule. Les assemblages NTC / bactériorhodopsine sont stables en solution aqueuse pour des pH compris entre 4,2 et 9 et ont des propriétés de fluorescence dépendantes du pH. Des transferts d’énergie de la protéine vers les NTC ont lieu. Aux pH supérieurs à 5, les NTC absorbent les photons émis par les résidus aromatiques de la protéine conduisant à une augmentation de l’intensité des émissions E11 des NTC à travers les excitations E33 et E44. Pour les pH de 4,2 à 5, la fluorescence de la protéine est fortement réduite quelles que soient les longueurs d’onde d’émission. De nouvelles émissions de fluorescence des NTC apparaissent aux longueurs d’onde allant de 660 à 680 nm et à 330 nm. Leur présence est attribuée à un transfert d’énergie résonant d’une efficacité de 94 %. Les assemblages NTC / C-phycocyanine présentent également un transfert d’énergie résonant pour les longueurs d’onde d’excitation proches de 620 nm. Il a une efficacité de 92 %
Energy transfer mechanisms in single-walled carbon nanotubes (SWNT) / photosensitive proteins assemblies are investigated using optical absorption and photoluminescence excitation measurements. The morphology of the assemblies was investigated by atomic force and transmission electron microscopy. Proteins are immobilized onto the sidewall of the carbon nanotubes using a sodium cholate suspension-dialysis method that maintains the intrinsic properties of both molecules. The SWNT / bacteriorhodopsin assemblies are stable in aqueous solutions for pH ranging from 4. 2 to 9 and exhibit photoluminescence properties that are pH-dependent. Energy transfer from bacteriorhodopsin to carbon nanotubes takes place. So, at pH higher than 5 and up to 9, the SWNTs absorb the photons emitted by the aromatic residues of the protein inducing a strong increase in intensity of the E11 emissions of SWNTs through their E33 and E44 excitations. From a pH = 4. 2 to pH = 5, the protein fluorescence is strongly quenched whatever the emission wavelengths. New additional fluorescence features of SWNT appear at excitation wavelengths ranging from 660 to 680 nm and at 330 nm. The presence of these features is attributed to a resonance energy transfer mechanism that has an efficiency of 94 %. The SWNT / C-phycocyanin assemblies exhibit a resonant energy transfer for excitation wavelengths near 620 nm. The efficiency is 92 %

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Ubrig, Nicolas. "Optical properties of carbon based materials in high magnetic fields." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1627/.

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Résumé :

La découverte des nanotubes de carbone, il y a maintenant une vingtaine d'années, a été un des moteurs de la recherche des nanotechnologies. Ces particules illustrent l'amalgame entre le monde macroscopique et le monde appelé nano. Cette discipline a également relancée la recherche sur le graphite et le carbone en général, qui atteint un nouveau sommet avec la découverte du graphène, une monocouche de graphite. Rapidement la physique des nanotubes et du graphène ont suscité l'intérêt d'être étudié sous champ magnétique avec la découverte de l'effet Aharonov-Bohm dans les nanotubes ou l'effet hall quantique dans le graphène. Cette thèse a pour but d'approfondir la connaissance des propriétés optiques des nanotubes, du graphène et du graphite sous champ magnétique intense. Pour cela nous nous interesserons dans un premier temps à la problématique des excitons sombres. Nous étudierons ensuite les propriétés magnétiques et dynamiques des tubes. La famille métallique est paramagnétique le long de son axe et diamagnétique perpendiculaire à celui-ci. La famille semiconductrice est diamagnétique par rapport à ces deux orientations mais la valeur perpendiculaire est plus élevée. De ce fait tous les nanotubes vont s'aligner parallèlement à un champ magnétique appliqué. Nous utiliserons des méthodes de spectroscopie optique pour étudier ce phénomène. La deuxième partie de la thèse consistera à examiner les propriétés optiques du graphène et du graphite et plus précisément les transitions entre niveaux de Landau sous champs intenses. La particularité du graphène est que ses porteurs de charge se comportent comme des particules relativistes avec une masse nulle. Les niveaux de Landau se trouvent modifiés avec une dépendance en racine du champ magnétique, par rapport aux systèmes deux dimensionels classiques, où l'on retrouve une dépendance linéaire comme pour l'électron libre par exemple. Ceci nous entrainera également à reéxaminer les propriétés du graphite et d'approfondir les connaissances, notamment à champ très élevé, sur ce matériau à priori bien connu et étudié dans le passé
Carbon nanotubes are unique nano-objects with highly anisotropic electrical, magnetic and optical properties. In the past years the physics of carbon nanotubes made important steps toward the comprehension of its various complex physical properties. The optical response of nanotubes is driven by excitons. Of the sixteen possible exciton states only one decays radiatively. However a magnetic field can brighten one of the dark states. The aim of the first part of this thesis investigates the issue of the brightening of dark excitons. In the second part we use the magnetic properties of single walled carbon nanotubes to investigate their dynamic alignment in a pulsed magnetic field. Semiconducting tubes are diamagnetic both along and perpendicular to their long axis but the magnitude of the perpendicular susceptibility is higher. Metallic tubes are paramagnetic along their long axis and diamagnetic perpendicular to it. This constrains SWNT to align parallel to a magnetic field. Our data will be analysed with the aid of a theoretical model based on rotational diffusion of rigid rods. In the third part we study the magneto-optical properties of epitaxially grown multi-layer graphene. The Landau levels of graphene are different from standard two dimensional electron gases. They show a sqrt{B}dependence due to the relativistic nature of their charge carriers. We measure the system at high fields and high energies to probe the limit of massless Dirac fermions. The discovery of massless relativistic particles in graphene, a mono-layer of graphite, has completely renewed the interest in graphite. As a matter of fact graphite the optical properties of graphite are best described by bi-layer graphene. We show that the magneto-transmission experiments on thin graphite are in very good agreement with an effective bi-layer model. In addition we observe a non-predicted double structure in the graphene-like transitions which is not reported before

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Torres-Canas, Fernando José. "Tintas y materiales compuestos anisotrópicos basados en nanotubos de carbono." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS142/document.

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Résumé :

Cette thèse est consacrée à l'étude d'encres, de composites et de dépôts de nanotubes de carbone monofeuillets (SWNT). Le contrôle de la dispersion et de l'orientation des nanotubes dans ces matériaux composites nanostructurés vise à optimiser leurs propriétés, en particulier électriques et optiques.La première partie du travail est consacrée à l'optimisation de la dispersion des SWNT dans des suspensions aqueuses stabilisées par des tensio-actifs, des sels biliaires, et à l'étude de leurs propriétés optiques, et en particulier de leur photoluminescence (PL) dans le proche infrarouge. La spectroscopie d'absorption nous permet de sonder la dispersion des SWNT et de mesurer leur coefficient d'absorption. Nous montrons que ce dernier est très sensible au degré d'individualisation des nanotubes. Par ailleurs, nous revisitons l'interprétation des spectres de PL excités dans le proche infrarouge (en particulier à 1,17 et 1,58 eV) et attribuons les différents pics mesurés à différents mécanismes : transitions excitoniques directes, à des couplages exciton-phonon ou à des transferts d'énergie entre nanotubes. Nous montrons que l'évolution de l'intensité de PL avec l'individualisation permet de distinguer ces différents mécanismes.La seconde partie du travail est dédiée à la préparation de suspensions aqueuses stabilisées par des polymères hydrosolubles (PVA et PVP), et de composites SWNT/polymère, sans tensio-actifs. Les suspensions de nanotubes sont mélangées à des solutions de polymère, puis dialysées pour éliminer le tensio-actif. Le rendement, i.e. la concentration de la suspension finale, est de l'ordre de 75 fois plus élevée que pour une suspension préparée directement avec des polymères. Par ailleurs, les spectres de PL sont sensibles à l'environnement diélectrique des nanotubes et leur étude permet de mettre en évidence un échange entre les agents dispersants tensio-actifs/PVA à la surface des nanotubes, échange qui n'est pas observé dans le cas du PVP. Dans la troisième partie de la thèse, nous utilisons la technique d'impression jet d'encre pour imprimer des lignes continues micrométriques de SWNT, et proposons des méthodes originales pour étudier leur morphologie et leur anisotropie. La morphologie des dépôts peut varier entre deux cas limites, le dépôt homogène et la ‘‘paire de rails'', en faisant varier la concentration de nanotubes dans les encres, la distance entre gouttes et la température du substrat. L'orientation des nanotubes au bord des dépôts est très élevée (paramètre d'ordre orientationnel S entre 0,6 et 0,9), les nanotubes sont également bien orientés dans les rails (S~0.5) et dans une moindre mesure dans les lignes homogènes S~0.3
This thesis focus on the study of inks, composites and deposits of single-wall carbon nanotubes (SWNT). The control of dispersion and orientation of nanotubes in such nanostructured composites materials allows to optimize their properties, and especially their electrical and optical properties.The first part of the work is devoted to the optimization of dispersion of SWNT in aqueous suspensions stabilized by bile salts surfactants, and to the study of their optical properties, and especially their near infrared photoluminescence (PL). Dispersion of the nanotubes is probed by absorption spectroscopy. We show that their absorption coefficient is very sensitive to the individualization of the nanotubes. On the other hand, we revisit the interpretation of the PL spectra excited in the near infrared (especially at 1.17 and 1.58 eV), and we assign the different peaks to different mechanisms, namely direct excitonic transitions, exciton-phonon coupling, and energy transfer between nanotubes. We show that the evolution of PL intensity as a function of individualization allows to distinguish the different mechanisms.The second part of the work is dedicated to the preparation of aqueous suspensionsstabilized by hydrosoluble polymers (PVA and PVP), and SWNT/polymer composites, without surfactants. SWNT suspensions are mixed with polymer solutions, and then the surfactant is removed by dialysis. The yield, i.e. the relative concentration of SWNT in the dialyzed suspension, is ~75 times higher than for a suspension prepared directly with polymers. On the other hand, PL signatures are sensitive to the dielectric environment of the nanotubes which allows to evidence an exchange between the dispersing agents bile salts/PVA on the nanotube surface, such an exchange is not observed in the case of PVP.In the third part of the thesis, we use the inkjet printing technique to print continuous micrometric lines of SWNT, and we propose original methods to study their morphology and their anisotropy. The morphology of the deposits varies between two limit cases, an homogeneous deposit and a ‘‘pair of tracks'', by varying nanotube concentration in the inks, inter-drop distance and substrate temperature. The orientation of the nanotubes is very high at the edge of the deposits (orientational order parameter S between 0.6 y 0.9), the nanotubes are well-oriented as well in the tracks (S~0.5) and to a lesser extent in the homogeneous lines (S~0.3)

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Gu, Qingyuan. "Spectroscopic and technological studies of carbon-nanotube-based structures for photonics applications." Thesis, Rennes, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAR0012.

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Résumé :

Cette thèse est consacrée à l’étude du dépôt uniforme et de l’alignement à haute densité en nanotubes de carbone monoparois (NTCMP) sur différents substrats, à l’analyse qualitative des propriétés optiques excitoniques et aux modes de vibration des échantillons à NTCMP, et à la fabrication de guides d’onde optiques à base de NTCMP, en vue de composants photoniques pour les télécoms, autour de 1550 nm. Deux types de NTCMP ont été étudiés durant cette thèse : des NTCMP « HiPCO » (« high pressure carbon monoxide ») issus de la décomposition du monoxyde de carbone à haute pression, et des NTCMP « LV » (« laser vaporization ») provenant de l’ablation laser d’une cible en graphite. Plusieurs méthodes de dépôt de ces NTCMP ont été développées, telles que la méthode de dépôt assistée-par-tube, la méthode de dépôt en sillon, la méthode par pulvérisation, la méthode par centrifugation à grande vitesse, la méthode optimisée par centrifugation à vitesse réduite (MOCVR) et la méthode à jet d’encre. La qualité, l’épaisseur et l’uniformité des films de NTCMP sont caractérisées par observations au microscope électronique à balayage (MEB). Il est montré ici que l’uniformité des films à base de NTCMP HiPCO dépend fortement de la concentration en surfactants de la dispersion à base de NTCMP déposée. Des films uniformes de NTCMP LV ont été obtenus par la MOCVR et leur épaisseur couvre une gamme de 600nm à 900nm (avec une erreur <10%), qui dépend de la nature du substrat. L’alignement par diélectrophorèse (DEP) de NTCMP HiPCO et LV a été développé et optimisé. Ainsi, une nouvelle méthode (DEP « assistée-parchauffage ») est proposée afin d’obtenir un alignement à très haute densité en NTCMP. Cette méthode d’alignement par DEP assistée-par-chauffage a fait l’objet de travaux de simulation pour comprendre l’effet de la température. Les propriétés optiques excitoniques et les modes de vibration des NTCMP en solution et en film sur substrat ont été caractérisés par spectroscopies d’absorption, de photoluminescence (PL), d’excitation de la PL et Raman. Les niveaux de défauts et d’isolement des NTCMP HiPCO, les distributions en diamètre et en chiralité, les cartographies de l’uniformité et de l’épaisseur des films à base de NTCMP, et l’effet du laser à forte puissance, ont été qualitativement étudiés par spectroscopie Raman. Le rendement quantique interne en PL de NTCMP HiPCO en film est estimée à une valeur de 5%. Le transfert d’exciton entre NTCMP HiPCO individualisés, le rôle du polymère environnant sur les propriétés excitoniques des NTCMP LV, et les excitons sombres sont discutés dans cette thèse. Le design et la fabrication de guides optiques hybrides à une dimension, contenant une ou trois couches de NTCMP HiPCO, et de guides optiques à deux dimensions à base de NTCMP LV ont été menés. Les étapes de fabrication des guides optiques sont ici examinées en détails. La propagation à 1550nm de ces guides d’onde à base de NTCMP est observée. La propagation de la lumière dans les guides d’onde à base de NTCMP LV est une caractéristique préliminaire pour toute cavité optique et confère un fort potentiel aux NTCMP LV pour les composants photoniques de la future génération
This thesis concentrates on the uniform deposition and highdensity alignment of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) on various substrates, the qualitative analysis of optical and excitonic properties, as well as vibrational modes of SWCNTbased samples by absorption, photoluminescence (PL) and Raman spectroscopies, and the fabrication of SWCNT-based optical waveguides towards photonics devices in the 1.55μm telecom window. Two types of SWCNT were studied during this thesis: “HiPCO” SWCNT from high pressure carbon monoxide conversion process (HiPCO) and “LV” SWCNT from catalytic growth of SWCNT assisted by laser vaporization (LV) of graphite. Several methods for the deposition of these SWCNTs were investigated and performed, including tube-assisted deposition method, groove deposition method, spraying method, high-speed spin coating method, improved low-speed spin coating method (ILSSCM) and inkjet printing method. The quality, thickness and uniformity of SWCNT films are characterized by scanning electron microscopy (SEM). The uniformity of HiPCO SWCNT-based film is shown to depend strongly on the surfactants concentration in deposited SWCNTbased dispersion. Uniform LV SWCNTbased films using ILSSCM were obtained with thicknesses ranging from 600nm to 900nm (with thickness error <10%), depending on substrates nature. Alignment of HiPCO and LV- SWCNTs using a dielectrophoresis method, combining microtechnological processes and SEM observations, is investigated and optimized. Thus, a new method (“heating-enhanced DEP”) for ultra-high alignment density of HiPCO SWCNTs is proposed. The effect of temperature in this heating-enhanced DEP process is further explained by simulation works. Optical and excitonic properties, vibrational modes of SWCNT solutions and films are characterized by absorption, PL and PL excitation, Raman spectroscopies. The defects and the isolation levels of HiPCO SWCNT, the chirality- and diameterdistributions of SWCNT, the uniformity and the thickness mapping of SWCNT-based films, and the effect of high energy laser are qualitatively analyzed by Raman spectra. We estimated the PL quantum efficiency value of HiPCO SWCNT film of around 5%. The exciton energy transfer between individualized HiPCO SWCNTs, the role of polymer environment on excitonic properties of LV SWCNTs, and the dark excitons are discussed in this thesis. One-layer and three-layers of HiPCO SWCNT-based onedimensional slab optical waveguides of hybrid core structures, and LV SWCNT-based twodimensional optical waveguides are designed and fabricated. The fabrication process steps of the optical waveguides are investigated in details. 1.55μm propagation in these SWCNT-based waveguides is highlighted. Single- or multi-mode emissions around 1.5μm and 1.6μm are observed in LV SWCNTbased optical waveguides. The light propagation in the LV SWCNT-based optical waveguide is the preliminary characteristic of an optical cavity, which confers great potential for future generation LV SWCNT-based photonics devices

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Blancon, Jean-Christophe. "Optical absorption and electronic properties of individual carbon nanotubes." Thesis, Lyon 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LYO10164/document.

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Au cours de ce travail de thèse à caractère expérimental, nous nous sommes attachés à mesurer les spectres absolus de section efficace d’absorption de nanotubes de carbone individuels placés dans différents environnements. Pour ce faire, nous avons développé un dispositif expérimental basé sur la technique de spectroscopie à modulation spatiale qui permet d’accéder de manière directe à la section efficace d’absorption de nano-objets individuels. Cette méthode ne requière aucun a priori sur les propriétés des nanotubes, et très important nous affranchit des effets d’ensemble. Ainsi, nous avons pu étudier les propriétés d’absorption de nanotubes individuels simple et double parois dans les environnements suivants : suspendus librement, agrégés en petit fagot, et déposés sur substrat. Plus précisément, l’évolution de l’absorption excitonique des nanotubes est analysée en fonction des paramètres structuraux (diamètre, nombre de parois, chiralité) et de l’environnement de ces derniers. Un autre aspect de cette thèse a pour objet l’analyse des propriétés de transport électronique des nanotubes de carbone soumis à des pressions hydrostatiques de gaz de l’ordre du gigapascal, avec la possibilité d’accéder au régime des basses températures. Ici, nous nous sommes concentrés sur l’étude de transistors à effet de champ composés de petits fagots de nanotubes de carbone contactés à leurs extrémités par des électrodes en palladium. Dans ce cadre, nous avons notamment réalisé la première observation de l’effet de blocage de Coulomb sous pression. Au final, ce travail de thèse a permis d’analyser les propriétés optiques et électroniques intrinsèques aux nanotubes de carbone et leur évolution sous l’effet de différents environnements (écrantage diélectrique, dopage chimique, contrainte mécanique et pression hydrostatique). Ce travail a pu être réalisé grâce au développement de nouvelles techniques permettant de sonder ces propriétés au niveau du nanotube individuel
In this dissertation, we report on the experimental investigation of the optical properties of single- and double-wall carbon nanotubes. Despite numerous studies performed using photoluminescence or Raman and Rayleigh scattering, knowledge of their optical response is still partial. In particular direct quantitative measurement of their absorption cross-section has not been achieved yet. Using spatial modulation spectroscopy we have determined, over a broad optical spectral range, the spectrum and amplitude of the absorption cross-section of identified individual single- and double-wall carbon nanotubes. These quantitative measurements permit the determination of the oscillator strength of the different excitonic resonances. Furthermore, investigation of the same nanotube, either a single-wall or double-wall nanotube, freestanding or deposited on a substrate shows large broadening with increase of oscillator strength of the excitonic resonances, as well as stark weakening of polarization dependent antenna effects, due to nanotube-substrate interaction. Similar study on nanotube bundles and double-wall nanotubes demonstrate the importance of inter-tube and inter-wall exciton coupling effects which seem to be of different nature in these two types of sample. The second part of this thesis studies electrical transport in carbon nanotube bundles under high pressure condition and low temperature. The behavior of nanotubebased field-effect transistors has been investigated, in the classical and Coulomb blockade regime, under gas-pressure up to 0.9 GPa. Overall, this dissertation communicates on the quantitative analysis of the absorption and electronic properties of carbon nanotubes and how they are influenced by various environmental effects such as dielectric screening, stress induced strain, hydrostatic pressure, or chemical doping. The novelty of this work is to address these issues at the single nanotube level

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Yuma, Bertrand Kei. "Etude de la dynamique des états excités des nanotubes du carbone mono-paroi." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00994244.

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Résumé :

Ce travail analyse la formation d'états liés par interaction coulombienne d'excitons dans un ensemble de nanotubes de carbone de chiralité (6,5) en solution. Sous l'action d'une impulsion laser de forte intensité, une grande densité d'excitons est formée dans le nanotube et conduit à la formation d'état de trion et de biexciton. Les mécanismes physiques responsables de la photogénération de ces états ont été analysés dans le cadre de cette thèse. Ces travaux sont effectués à l'aide d'une expérience pompe-sonde dans laquelle le faisceau sonde est un continuum de lumière blanche permettant ainsi l'observation simultanée des états d'exciton, de trion et de biexciton. Cela conduit à l'obtention des énergies de liaison des différentes contributions excitoniques. En outre la dynamique de ces états excitoniques a aussi pu être obtenue avec une résolution temporelle de l'ordre de la centaine de femtosecondes.

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Wang, Zhao. "Propriétés Electro-mécaniques des Nanotubes de Carbone." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00352725.

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Résumé :

Le but de cette thèse était de modéliser la réponse mécanique de nanotubes de carbone à des champs électriques. Nous avons commencé par utiliser le potentiel AIREBO dans des simulations de dynamique moléculaire afin d'étudier l'élasticité non-linéaire et la limite de déformation en torsion de divers nanotubes, en fonction de leur longueur, rayon et chiralité. Nous trouvons notamment que le module d'Young effectif des tubes décroît d'autant plus vite que la chiralité est faible. D'autre part, nous montrons que la limite de l'énergie stockable par atome lors de la torsion d'un tube est d'autant plus grande que le diamètre est petit.

Nous modélisons ensuite, de façon atomistique, la distribution surfacique de charge électrique sur des nanotubes de carbone possédant une charge nette. Nous retrouvons notamment l'effet de pointe classique avec un très bon accord quantitatif avec des résultats expérimentaux obtenus par microscopie à force électrostatique.

Par combinaison des méthodes utilisées dans les études précédentes, nous simulons la déflection de nanotubes semi-conducteurs et métalliques par un champ électrique extérieur, dans une configuration de type interrupteur moléculaire. L'effet des caractéristiques géométriques des tubes et du champ sur cette déflection ont été systématiquement étudiés.

En outre, nous avons vu que des simulations de dynamique moléculaire avec le potentiel AIREBO permettent de retrouver quantitativement les énergies expérimentales d'adsorption du benzène, du naphtalène et d'anthracène sur le graphite. Ce type de simulation nous permet d'avancer sur la voie de la compréhension de la sélectivité de l'adsorption de certaines molécules surfactantes à plusieurs cycles benzéniques sur des nanotubes de chiralité donnée.

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Lefevre, Roland. "Propriétés électromécaniques des nanotubes de carbone multiparois." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012207.

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Résumé :

Dans ce travail de thèse, nous avons cherché d'une part, à répondre à la question du dimensionnement des nanosystèmes électromécaniques (NEMS) à base de nanotube de carbone (NTC) multiparois, à la fois théoriquement et expérimentalement, et d'autre part, à appliquer le savoir-faire développé à la réalisation de composants de types interrupteurs.
Nous avons développé un modèle théorique pour décrire la déflexion d'un nanotube de carbone suspendu soumis à une force d'attraction électrostatique. Notre modèle montre qu'il existe une loi d'échelle reliant la déflexion électrostatique aux paramètres géométriques, électriques, et physiques des NEMS à base de NTC. Ce résultat constitue, en soi, un outil de dimensionnement pour la conception de ces dispositifs, car il permet de prédire leur comportement électromécanique sur une « large » gamme de paramètres opérationnels.
Parallèlement, nous avons mis au point des procédés de fabrication pour réaliser des nanostructures intégrant un NTC suspendu actionnable électrostatiquement. Parmi ces différentes structures, la plus simple a été utilisée pour sonder les propriétés électromécaniques des NTC multiparois. Nous avons développé une méthode basée sur l'utilisation d'un microscope à force atomique pour mesurer la déflexion en fonction de la tension électrique d'actionnement. Les résultats de ces mesures, pour différents NTC (différents diamètre et longueur), montrent clairement, et sans paramètre ajustable, l'existence de la loi d'échelle prédite par notre modèle théorique. À partir de ces mesures, nous avons extrait le module d'Young des NTC. Pour des diamètres inférieurs à 30 nm, celui-ci est constant et vaut en moyenne 400 GPa. Au-delà, nous observons une forte diminution qui pourrait s'expliquer par l'entrée dans un régime de déformation non-linéaire.
Enfin, nous montrons la réalisation d'un interrupteur électromécanique à base de NTC qui présente de bonnes caractéristiques de commutation.

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Wang, Zhao. "Propriétés électro-mécaniques des nanotubes de carbone." Besançon, 2008. http://www.theses.fr/2008BESA2066.

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Résumé :

Le but de cette thèse était de modéliser la réponse mécanique de nanotubes de carbone à des champs électriques. Nous avons commencé par utiliser le potentiel AIREBO dans des simulations de dynamique moléculaire afin d'étudier l'élasticité non-linéaire et la limite de déformation en torsion de divers nanotubes, en fonction de leur longueur, rayon et chiralité. Nous trouvons notamment que le module d'Young effectif des tubes décroît d'autant plus vite que la chiralité est faible. D'autre part, nous montrons que la limite de l'énergie stockable par atome lors de la torsion d'un tube est d'autant plus grande que le diamètre est petit. Nous modélisons ensuite, de façon atomistique, la distribution surfacique de charge électrique sur des nanotubes de carbone possédant une charge nette. Nous retrouvons notamment l'effet de pointe classique avec un très bon accord quantitatif avec des résultats expérimentaux obtenus par microscopie à force électrostatique. Par combinaison des méthodes utilisées dans les études précédentes, nous simulons la déflection de nanotubes semi-conducteurs et mé1ialliques par un champ électrique extérieur, dans une configuration de type interrupteur moléculaire. L'effet des caractéristiques géométriques des tubes et du champ sur cette déflection ont été systématiquement étudiés. En outre, nous avons vu que des simulations de dynamique moléculaire avec le potentiel AIREBO permettent de retrouver quantitativement les énergies expérimentales d'adsorption du benzène, du naphtalène et de l'anthracène sur le graphite. Ce type de simulation nous permet d'avancer sur la voie de la compréhension de la sélectivité de l'adsorption de certaines molécules surfactantes à plusieurs cycles benzéniques sur des nanotubes de chiralité donnée
This thesis aimed at modeling the mechanical behavior of carbon nanotubes (CNTs) in electric fields. We first used molecular dynamics (MD) simulations with the AIREBO potential to study the non- linear elasticity and the torsion strength of CNTs as a function of their length, radius and helicity. We find for example, that the effective Young's modulus of a CNT decreases with a steeper slope for smaller helicities. Also, the ultimate value of the deformation energy that can be stored in CNTs is found to increase with smaller radii. Then, we modeled the distribution of electric charges on carbon nanotubes carrying a net charge. An atomic charge-dipole model regularized by convolution with a Gaussian is used. Extrapolation of our theoretical results agree quantitatively with experimental results from electrostatic force microscopy experiments. We also combined the methods used in both previous parts to simulate the deformation of nanotubes in electric fields. We demonstrate the influence of the external field, the geometry of the tube and the property of electronic transport of the tube on the electrostatic deformation. Finally, we checked that MD simulations with the AIREBO potential agree quantitatively with experiment results for the absorption of benzene, naphthalene or anthracene on graphite. We then studied the physisorption of surfactants with several benzene rings on CNTs in order to assess their efficiency for the select ion of CNTs according to their diameter or chirality

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Michel, Thierry. "Propriétés physiques des nanotubes de carbone individuels." Montpellier 2, 2007. http://www.theses.fr/2007MON20215.

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Lefèvre, Roland. "Propriétés électromécaniques des nanotubes de carbone multiparois." Paris 11, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012207.

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Résumé :

Nous avons cherché, d'une part, à répondre théoriquement et expérimentalement à la question du dimensionnement des nanosystèmes électromécaniques (NEMS) à base de nanotube de carbone (NTC) multiparois, et d'autre part, à appliquer le savoir-faire développé à la réalisation d'interrupteurs. Nous avons développé un modèle théorique pour décrire la déflexion d'un NTC suspendu soumis à une force d'attraction électrostatique. Ce modèle montre qu'il existe une loi d'échelle reliant la déflexion électrostatique aux paramètres géométriques, électriques, et physiques des NEMS à base de NTC. Ce résultat constitue un outil de dimensionnement pour la conception de ces dispositifs, car il permet de prédire leur comportement électromécanique sur une large gamme de paramètres opérationnels. Nous avons aussi mis au point des procédés pour fabriquer des structures intégrant un NTC suspendu actionnable électrostatiquement. La plus simple des structures a été utilisée pour sonder les propriétés électromécaniques des NTC. Nous avons développé une méthode basée sur l'utilisation d'un microscope à force atomique pour mesurer la déflexion en fonction de la tension d'actionnement. Ces mesures montrent clairement, pour différents NTC et sans paramètre ajustable, l'existence d'une telle loi d'échelle. De plus, nous en avons extrait le module d'Young des NTC. Pour des diamètres inférieurs à 30 nm il est constant et vaut en moyenne 400 GPa. Au-delà, nous observons une forte diminution qui pourrait s'expliquer par un régime de déformation non-linéaire. Enfin, nous montrons la réalisation d'un interrupteur électromécanique à base de NTC qui présente de bonnes caractéristiques de commutation
In this PhD thesis, we tackled theoretically and experimentally the problem of designing nanoelectromechanical systems (NEMS) based on multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs). Furthermore, we applied our know-how to perform components like switches. We developed a theoretical model to describe the deflection of a suspended MWCNT stressed by an attractive electrostatic force. Our model highlights a scaling law linking up the electrostatic deflection, geometrical, electrical and physical parameters of MWCNTs based NEMS. This result constitutes a practical designing tool because it predicts their electromechanical behaviour on a "large" range of operational parameters. At the same time, we developed several processes to fabricate nanostructures incorporating a suspended MWCNT electrostatically Actuated. Among these different structures, the simplest was used to develop a method for probing electromechanical properties of MWCNTs. Our method is based on atomic force microscopy measurements on a doubly clamped suspended MWCNT electrostatically deflected by a drive voltage. These measurements show clearly for different MWCNTs (different diameter and length) the existence of such scaling law in agreement with the continuum model prediction. From these results, we extracted the Young's modulus of MWCNTs. For diameters smaller than 30 nm it is constant and its average value equals 400 GPa. Above, we observed a strong decrease that could be explained by the entry in a non-linear regime of deformation. Finally, we show the realization of an electromechanical switch based on a suspended MWCNT which presents good switching behaviour

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Benoit, Jean-Michel. "Transport et propriétés vibrationnelles des nanotubes de carbone et composites polymère - nanotubes." Nantes, 2001. http://www.theses.fr/2001NANT2045.

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Résumé :

Les nanotubes de carbone, nouvelle forme allotropique du carbone, sont promis à un bel avenir grâce à leurs propriétés exceptionnelles (électroniques, mécaniques. . . ), notamment pour les applications dans les nanotechnologies. L'objectif de cette thèse vise à élucider les mécanismes de transport électrique et les propriétés vibrationnelles de ces nanotubes de carbone. Dans un premier temps, l'étude des nanotubes multifeuillets par spectroscopie Raman a permis de mettre en évidence des modes de phonons de basse énergie, modes de vibration déjà observés pour les nanotubes monofeuillets. Nous montrons que ces modes sont intrinsèques à chacun des feuillets constituant le nanotube et que leur énergie de vibration résulte du couplage entre les différents feuillets. .

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Do, Isabelle. "Nanocomposites nanotubes de carbone/élastomère : Propriétés rhéologiques et électriques." Pau, 2007. http://www.theses.fr/2007PAUU3005.

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Résumé :

L'incorporation de nanotubes de carbone (NTC) dans une matrice polymère est difficile du fait de leur forte tendance à s'agglomérer, ce qui réduit leur intérêt en tant que renforts. Afin de pallier ce problème, beaucoup de solutions reposent sur la modification de l'interface NTC/polymère. Le but de notre étude est d'établir la relation existant entre la nature de l'interface NTC/polymère et l'organisation spatiale des NTC d'une part, les propriétés rhéologiques et électriques du nanocomposite NTC/polyacrylate de méthyle (PMA) obtenu, d'autre part. L'interface NTC/matrice est contrôlée via l'utilisation de polyacide acrylique (PAA), soit en le greffant à la surface des nanotubes, soit en l'utilisant comme agent de surface. L'étude de la morphologie des composites par microscopie électronique a montré la nécessité de distinguer la distribution des NTC au sein de la matrice (c'est-à-dire la répartition des amas de nanotubes dans tout l'échantillon), de leur dispersion (c'est-à-dire leur individualisation au sein de ces amas). Cette distinction est centrale, car elle permet d'expliquer les propriétés physiques des nanocomposites. L'étude des propriétés viscoélastiques linéaires et électriques des composites obtenus a permis de mettre en évidence un phénomène de percolation. Nous avons également montré que les propriétés électriques des composites sont sensibles à la dispersion des NTC, alors que les propriétés rhéologiques le sont à la qualité de distribution. L'utilisation de PAA, greffé ou adsorbé sur les nanotubes, permet d'augmenter la conductivité électrique et de mieux disperser les NTC, abaissant ainsi les seuils de percolation électrique
Since carbon nanotubes (CNT) tend to remain as entangled agglomerates, homogeneous dispersed states within a polymer is not easily obtained, which reduces the interest of nanotubes as reinforcements. Many of the solutions proposed to address this issue rely on the modification of the interface between carbon nanotubes and the polymer matrix. The aim of the study is to establish the relationship between the nature of the CNT/polymethylacrylate (PMA) interface and the spatial organization of the CNTs in the matrix, on the one hand, and rheological and electrical properties of the nanocomposites, on the other hand. The interface is controlled by using polyacrylic acid (PAA), either by grafting it on the nanotubes surface, or by using it as a surfactant. The study of the morphology of the composites by electronic microscopy showed the importance of distinguishing the distribution of CNTs in the matrix (i. E. The repartition of the nanotubes clusters in the whole sample), from their dispersion (i. E. Their individualization within the clusters). This distinction is central as it allows explaining the physical properties of the nanocomposites. The studies of the linear viscoelastic and electrical properties of the composites highlighted the existence of percolation phenomena. We also showed that the electrical properties of the composites are sensitive to the CNTs dispersion, whereas the rheological ones are sensitive to the quality of distribution. The use of PAA, either grafted or adsorbed on nanotubes, allows an increase in electrical conductivity as well as a better dispersion of the nanotubes, thus lowering the electrical percolation thresholds

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Chauveau, Vanessa. "Le pouvoir lubrifiant des nanotubes de carbone." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00601121.

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Résumé :

Les exigences actuelles en terme de lubrification automobile imposent des formulations extrêmement complexes. Parmi tous les additifs présents dans l'huile, on peut noter le dithiocarbamate de molybdène et le dithiophosphate de zinc, additifs à action tribologique, à base de soufre et de phosphore. Pour des raisons environnementales, il est important de diminuer nettement voire d'éliminer la présence de ces deux éléments dans les huiles. Les matériaux à base de carbone présentent des propriétés tribologiques intéressantes mais n'ont jamais été entièrement étudiés. Dans cette étude nous nous sommes intéressés aux propriétés lubrifiantes des nanotubes de carbone (NTCs). Des nanotubes multi-parois ont été dispersés dans l'huile puis les propriétés rhéologiques et tribologiques des " nanolubrifiants " ont été étudiées. Nous nous sommes intéressés à leurs propriétés tribologiques dans deux régimes de lubrification : le régime limite et le régime élastohydrodynamique. Nous nous sommes tout d'abord focalisés sur les propriétés rhéologiques du mélange huile/NTCs.Les nanotubes de carbone possèdent une tendance à s'agréger sous la forme d'un réseau de taille micrométrique ce qui résulte en une nette augmentation de viscosité de l'huile de base. Cet effet épaississant pourrait éventuellement permettre aux NTCs de remplacer une partie de l'Améliorant d'Indice de Viscosité (AVI) habituellement additionné à l'huile de base. Néanmoins, nous avons mis en évidence un effet antagoniste avec les autres additifs de lubrification, tel que le dispersant, qui pourrait être un problème pour une telle utilisation. Nous nous sommes ensuite intéressés aux propriétés des NTCs dans le régime limite de lubrification. Les NTCs présentent des propriétés réductrices de l'usure et du frottement intéressantes sous certaines conditions. Les analyses effectuées laissent supposer un rôle du catalyseur dans le mécanisme de lubrification. Les nanotubes de carbone semblent d'un grand intérêt car, ils possèdent également des propriétés tribologiques en régime élastohydrodynamique (EHD). Le mécanisme de formation des films lubrifiants a été étudié en fonction des paramètres concentrations et vitesses d'entraînement: la propagation des agrégats de NTCs à travers le contact résulte en une augmentation locale de l'épaisseur de film lubrifiant. De plus, une réduction de frottement et un décalage dans l'apparition des premières traces d'usure ont été observés à la suite d'essais tribologiques. Le mécanisme d'action des NTCs en régime de lubrification EHD est proposé dans cette partie. Cependant, les interactions entre les NTCs et les additifs présents dans les lubrifiants entièrement formulés doivent être étudiés pour optimiser la formulation de lubrifiant à base de nanotubes de carbone.

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Eid, Cynthia Joseph. "Synthèse et caractérisation de nouvelles nanostructures à base d’oxyde et de carbure de Fe." Thesis, Lyon 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LYO10172/document.

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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

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Bounour-Bouzamouche, Wafa. "Matériaux hybrides nanotubes de carbone/ferromagnétiques : élaboration et propriétés magnétiques statiques." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2016. http://www.theses.fr/2016USPCD095/document.

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Résumé :

Les matériaux hybrides nanotubes de carbone remplis par des matériaux ferromagnétiques (NTCFM) présentent un fort potentiel pour des applications en électronique de spin. Leurs propriétés magnétiques dépendent fortement de la qualité de leur synthèse : densité, orientation et efficacité de remplissage. Deux méthodes d’élaboration des (NTC-FM) ont été utilisées : i) synthèse ex-situ après ouverture mécanique des nanotubes élaborés par arc électrique et in-situ pendant la synthèse par arc électrique, ii) synthèse par dépôt vapeur chimique assisté par plasma (PECVD) en présence de catalyseurs Co et Co/Pd. Les deux approches de confinement des nanotubes de carbone avec des métaux ferromagnétiques ont été comparées. La première méthode de synthèse des nanotubes hybrides a montré que l’approche par arc électrique in-situ est plus efficace surtout par l’ajout d’un promoteur comme l’yttrium (Y) et le soufre (S). Les différentes proportions catalytiques au cours de la synthèse ont été variées et leur influence sur la production des nanotubes hybrides étudiée. La qualité et la quantité des nanotubes obtenus ainsi que les rendements disponibles au cours de la synthèse ont été améliorés. La réponse magnétique est également meilleure. La synthèse des nanotubes hybrides par PECVD a révélé que l’adjonction d’une couche de palladium comme catalyseur avec le cobalt conduit à une nette amélioration de la densité, du remplissage et de l’alignement des nanotubes. Les mesures magnétiques ont mis en évidence la contribution d’une anisotropie de forme que l’on peut associer à une meilleure orientation géométrique des nanotubes par rapport au substrat
Hybrid materials as carbon nanotubes filled with ferromagnetic materials (FMCNT) have great potential for spintronic applications. Their magnetic properties strongly depend on their density,orientation and filling efficiency. Two preparation methods of (FMNTC) were used: i) ex-situ synthesis where mechanical opening of the nanotubes produced by electrical arc is first achieved and in-situ during the synthesis by electrical arc discharge, ii) synthesis by chemical vapor deposition enhanced by plasma (PECVD) in the presence of cobalt Co and Co / Pd catalysts. Our results showed that the arc in-situ approach is more effective especially with the addition of a filling promoter such as yttrium (Y) and sulfur (S). Different proportions of catalyst were varied and their influence on the yield of hybrid nanotubes studied. The quality and quantity of obtained nanotubes as well as their yields and magnetic properties were improved. The PECVD synthesis revealed that the addition of a thin layer of palladium (~6 nm) as a co catalyst with the cobalt leads to a significant improvement inthe density of the filler and the alignment of the nanotubes. Magnetic measurements thereby demonstrated the contribution of a shape anisotropy that can be associated with a better geometric orientation of the nanotubes to the substrate

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Cruz, Bernal Camilo Andrés. "Modélisation des Propriétés Rhéologiques des Suspensions de Nanotubes de Carbone." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00552038.

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Résumé :

Les nanotubes de carbone mono-paroi (SWNT) sont souvent dilués dans un solvant afin de les purifier, les fonctionnaliser ou les transformer. Le contrôle de ces processus requiert une compréhension profonde de la rhéologie de leurs suspensions. Cependant, les bases physiques de leur comportement rhéologique ne sont pas absolument claires. Cette thèse a permis d'apporter des réponses au travers de la modélisation de la viscoélasticité linéaire des suspensions diluées de SWNTs en utilisant une approche par la Dynamique Brownienne (DB). Les SWNTs sont modélisés par des filaments semi-flexibles dont la configuration est naturellement courbée due à la présence de défauts structuraux. Le modèle continu de filament semi-flexible est discrétisé en un système multibarre en flexion non-libre ayant une configuration non-droite à l'équilibre. Une redéfinition du potentiel de flexion est effectuée afin de prendre en compte les cas des configurations non-rectilignes. Le comportement en viscoélasticité linéaire de leurs suspensions diluées a été modélisé par DB en mode dynamique et de relaxation. Des nouveaux processus de relaxation caractérisés par l'activation d'une élasticité à fréquences intermédiaires sont constatés en dynamique. D'autre part, une relaxation quasi-instantanée du module de relaxation est obtenue lors de l'application d'un échelon de cisaillement. Les spectres de relaxation de l'énergie de flexion sont en accord avec les réponses dynamiques, ce qui prouve la cohérence du modèle en viscoélasticité linéaire. Les différences non négligeables par rapport au comportement rhéologique des systèmes multibarre droits à l'équilibre démontrent que la flexibilité couplée avec la présence de défauts structuraux de courbure joue un rôle important dans la dynamique d'un SWNT en suspension.

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Paillet, Matthieu. "Synthèse et propriétés physiques de nanotubes de carbone monofeuillets individuels." Montpellier 2, 2005. http://www.theses.fr/2005MON20023.

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Cleuziou, Jean-Pierre. "Propriétés de transport électronique de nanotubes de carbone: des nanotubes hybrides au nano-SQUID." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00342549.

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Résumé :

L'électronique moléculaire et la spintronique moléculaire sont deux domaines émergeant de la nanophysique, prometteurs pour réaliser de nouveaux types de dispositifs utiles tant pour le stockage d'information que pour l'information quantique. Ce travail de thèse a pour objet de contribuer à ces deux domaines de recherche par la réalisation de jonctions moléculaires à base de nanotubes de carbone, faisant intervenir des nanostructures magnétiques. Nous avons choisi deux approches: (i) le transport électronique à travers des nanotubes de carbone remplis de matériaux magnétiques (nanotubes hybrides) et (ii) le développement du nano-SQUID composé de jonctions supraconductrices à nanotube de carbone. Ce magnétomètre devrait être suffisamment sensible pour étudier les propriétés magnétiques de molécules individuelles attachées au nanotube de carbone.

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Bonnet, pierre. "Caractérisation & propriétés physiques de composites PMMA/nanotubes de carbone & de complexes amylose/nanotubes." Nantes, 2005. http://www.theses.fr/2005NANT2103.

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Résumé :

Nous présentons l'étude deux types de composites ou hybrides Polymères/Nanotubes de Carbone (CNT): Amylose/CNT et PMMA/CNT. Les hybrides Amylose/CNT sont synthétisés en solution et étudiés en solution et en dépôts. Les propriétés optiques sont utilisées comme sondes de la dispersion et de l'environnement des CNT. Les propriétés et la structure des composites sont étudiées par spectroscopies d'absorption, de photoluminescence et Raman et en Microscopie à Force Atomique. L'utilisation d'amylose permet de maintenir les nanotubes isolés. La réversibilité de la fonctionalisation non covalente est démontrée, un modèle d'enroulement de l'amylose est proposé. Le dépôt sur substrat est associé à une organisation particulière des macromolécules. La synthèse des composites PMMA/CNT est optimisée. Les propriétés de stabilité, de conductivité électrique et thermique, le renfort mécanique sont étudiés. Nous discutons ces propriétés en regard de la percolation et du rôle des interfaces polymère/CNT
We present the study of two composites or hybrids Polymer/Carbon Nanotubes (CNT): Amylose/CNT and PMMA/CNT. The Amylose/CNT hybrids are synthesized in aqueous solutions and studied both in solution and films form. Optical properties of CNT are used as probes of CNT environments and dispersion. Physical and structural properties of the composites are investigated by absorption, photoluminescence and Raman spectroscopies. And by Atomic Force Microscopy. The use of amylose keeps CNT isolated. Reversibility of the functionalisation is demonstrated and amylose wrapping model is proposed. Special organization of macromolecules is observed on the films. The synthesis of PMMA/CNT composites is optimized. Thermal stability features, electrical and thermal conductivity as well as mechanical reinforcement are studied. We discuss physical properties in terms of percolation and with polymers/CNT interfaces contributions

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Breton, Yannick. "Synthèse et fonctionnalisation de nanotubes de carbone multiparois : propriétés mécaniques de composites nanotubes-résine époxyde." Orléans, 2002. http://www.theses.fr/2002ORLE2033.

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Résumé :

L'engouement pour les nanotubes de carbone se justifie par leurs extraordinaires propriétés intrinsèques qui font d'eux d'excellents candidats pour de nombreuses applications impliquant des nanomatériaux. Cependant, nombre de questions restent en suspens à l'heure actuelle. La maîtrise des procédés de synthèse étant le premier challenge à relever. Une étude de la croissance de nanotubes sur des particules de palladium nous a permis de discuter des processus qui régissent cette croissance. L'existence d'une transition de phase des particules de palladium a été évoquée. L'hypothèse d'un arrêt de la croissance des nanotubes par une désactivation des particules provoquée par une diminution de leur diamètre est proposée. Cette diminution de diamètre résultant de la diffusion des atomes de palladium et/ou de l'arrachage de morceaux à la particule lors de la croissance des nanotubes. A la suite de quoi, nous proposons certaines améliorations aux modèles de croissance existants. Dans un deuxième temps, nous proposons l'emploi de plasmas froids pour la fonctionnalisation de nanotubes de carbone. Ainsi, il est possible de greffer en surface des nanotubes des taux non négligeables de groupes azotés, oxygénés ou de déposer des films minces dérivés du PMMA. Pour chaque atmosphère gazeuse, une étude par spectroscopie de photoélectrons X de l'influence des paramètres de la décharge sur la nature des groupes greffés nous a permis de préciser les paramètres adéquats pour une fonctionnalisation optimisée et contrôlée de la surface des nanotubes de carbone par plasmas Radio Fréquence. Dans certains cas, cette méthode s'avère être plus efficace, sélective et rapide que les voies classiques. Les effets d'oxydations chimiques ou de broyages mécaniques sur la microtexture et la chimie de surface des nanotubes ont aussi été étudiés. La réalisation de composites à matrice renforcée par des nanotubes fait partie des applications potentielles des nanotubes de carbone. L'étude des propriétés mécaniques de composites nanotubes/résine époxyde nous a permis d'obtenir quelques informations sur leur comportement en fonction du taux massique, de la chimie de surface, de la microtexture et du procédé de synthèse des nanotubes de carbone. Une modification de la microtexture et/ou de la chimie de surface des nanotubes permet directement ou indirectement d'augmenter la rigidité des composites. A cette amélioration des propriétés élastiques s'ajoute une meilleure tenue de l'interface. Cependant, cette amélioration de la tenue de l'interface ne se répercute pas sur les propriétés à rupture des composites, en règle générale, l'ajout de nanotubes à la résine fragilise le matériau.

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Kasperski, Anne. "Nanocomposites nanotubes de carbone - céramique à microstructure contrôlée : préparation et propriétés." Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2187/.

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Résumé :

L'incorporation de nanotubes de carbone (NTC) dans une céramique est une voie prometteuse pour obtenir des nanocomposites conducteurs électriques, renforcés mécaniquement et présentant des propriétés tribologiques intéressantes. Nous avons cherché à élaborer des nanocomposites NTC-alumine, avec des NTC à 1, 2, 8 ou 20 parois (notés xNTC, x = 1, 2, 8, 20), à microstructure submicronique homogène. Les poudres NTC-Al2O3 ont été préparées selon deux voies (synthèse in situ et mélange) et ont été densifiées par frittage sous charge (HP) ou par frittage flash (SPS). Les conductivités électriques ont été reliées au degré de dispersion des NTC. Les propriétés mécaniques ont été corrélées aux caractéristiques des NTC et aux techniques d'élaboration. La longueur des NTC détermine leur ancrage mécanique au sein de la matrice et la fonctionnalisation non covalente (gomme arabique) permet, contrairement à une fonctionnalisation covalente, de préserver l'intégrité des NTC conduisant à d'importants pontages de fissures dans les matériaux. Les techniques d'élaboration permettant les meilleures dispersions de NTC au sein de l'alumine ont été transposées à une matrice zircone yttriée à 3% mol. Pour élaborer des nanocomposites à différentes teneurs en carbone, avec des 2NTC ou 8NTC. Le coefficient de frottement des couples acier/2NTC-zircone a été diminué jusqu'à 2,5 fois grâce à une lubrification par déformation des 2NTC, et celui des couples alumine/8NTC-zircone jusqu'à 3,5 fois grâce à la formation d'un film lubrifiant dû à l'exfoliation des 8NTC
The incorporation of carbon nanotubes (CNT) in a brittle and insulator ceramic matrix is expected to enhance fracture toughness and fracture strength, to improve tribological properties and also gives rise to an electrical conducting material. We aimed to produce CNT-alumina nanocomposites with homogeneous submicronic microstructure and CNT with 1, 2, 8 or 20 walls (named xCNT, x = 1, 2, 8 or 20). CNT-Al2O3 powders were prepared by two routes (in-situ synthesis and mixing) and densified by hot-pressing (HP) or spark plasma sintering (SPS). The electrical conductivities were linked to the degree of CNT dispersion. The mechanical properties were correlated to preparation routes and CNT characteristics. The CNT length determine their mechanical locking inside the matrix and the non-covalent functionalization (gum arabic), contrary to the covalent functionalization, preserves the CNT integrity which leads to large scale crack-bridging in the materials. Preparation techniques which led to the best dispersions of CNT in alumina were transposed to zirconia with 3% mol. Yttria to prepare nanocomposites with different carbon contents of 2CNT or 8CNT. The friction coefficient of steel/2NTC-zirconia couples was decreased up to 2. 5 times thanks to a lubrication by deformation of the 2CNT, and the one of alumina/8CNT-zirconia couples up to 3. 5 times through the formation of a lubricant film due to 8NTC exfoliation

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Dragin, Fabienne Christelle. "Structure et propriétés électroniques de nanotubes de carbone en solution polyélectrolyte." Montpellier 2, 2008. http://www.theses.fr/2008MON20189.

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Figarol, Agathe. "Toxicité in vitro et propriétés physico-chimiques de nanotubes de carbone." Thesis, Saint-Etienne, EMSE, 2014. http://www.theses.fr/2014EMSE0764/document.

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Résumé :

Les propriétés exceptionnelles des nanotubes de carbone (CNT) attirent de nombreux industriels dans les domaines de la microélectronique, des matériaux ou de la nanomédecine. Néanmoins, le risque sanitaire lié à ce nanomatériau reste encore mal compris. Des profils toxicologiques différents, dépendant des caractéristiques physico-Chimiques des CNT, ont été mis en évidence. Une approche « safer by design » est proposée, afin d’identifier les paramètres pouvant, dès la conception des CNT, pour limiter le risque sanitaire. Dans ce contexte, cette thèse avait pour objectif d’étudier l’impact sur la réponse in vitro d’une lignée de macrophages murins (RAW 264.7) de deux traitements de post-Production de CNT : la fonctionnalisation acide et le recuit haute température.Les groupements acides en surface des CNT fonctionnalisés ont entrainé une augmentation de la réponse pro-Inflammatoire sans influencer significativement la cytotoxicité. D’un autre côté, la fonctionnalisation acide, principalement par l’élimination des impuretés métalliques, a permis de diminuer le stress oxydant. Les CNT recuits à haute température étaient à l’origine d’une réponse pro-Inflammatoire plus importante que les CNT bruts, confirmant lasensibilité de cette réponse biologique à la chimie de surface. En revanche, le recuit n’a pas diminué significativement le stress oxydant malgré la purification des CNT, suggérant l’importance des défauts de structure sur cette réponse biologique. La fonctionnalisation acide de nano-Graphite et de noir de carbone a eu un impact similaire à celle des CNT sur l’activité biologique des macrophages. La comparaison de ces trois nanomatériaux fonctionnalisés semble s’accorder avec le paradigme mettant en exergue la toxicité spécifique des fibres et des plaquettes. Enfin, afin de compléter ces résultats, des études exploratoires sur les interférences entre les tests de toxicité et les CNT, ainsi que sur le stress oxydant, ont été conduites
Due to their exceptional properties, carbon nanotubes (CNT) have aroused a huge interest among in industrial fields such as microelectronics, material science and nanomedicine. Nevertheless, the health impacts of this nanomaterial still remain not well understood. The first toxicological studies pointed out that there is no unique response regarding the healthimpact of the CNT, but different toxicological profiles according to their various physicochemical properties. A safer by design approach is thus proposed to identify the parameters decreasing from their production the CNT biological impacts. In this context, this work aimed at studying the impact on the in vitro response from a macrophage cell line (RAW 264.7) of two post-Production treatments: acid functionalization and high temperature annealing.Surface acid groups from functionalized CNT enhanced the pro-Inflammatory response although the cytotoxicity remained stable. On the other hand, acid functionalization, through the elimination of metallic impurities, significantly decreased the oxidative stress. Annealed CNT increased the pro-Inflammatory response compared to the pristine CNT. It thus confirmed the sensitivity of this response for the changes in surface chemistry. However, the high temperature annealing did not influence the oxidative stress, despite of the CNT purification. It suggested that structural defects are also of importance for this response. Besides, the acid functionalization of nano-Graphite and carbon black displayed trends in the macrophage response similar to the acid functionalization of CNT. The comparison of these three carbon-Based nanomaterials seemed to conform to the fibre and platelets paradigm. Eventually, exploratory studies have also been conducted on the interferences between CNT and the toxicity assays, and on the oxidative stress

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Steinmetz, Johannes. "Nouvelles approches pour la production de fibres de nanotubes de carbone." Montpellier 2, 2004. http://www.theses.fr/2004MON20060.

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Vandecasteele, Niels. "Désordre et transport électronique dans le graphène et les nanotubes de carbone." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066673.

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Résumé :

Dans une première partie, j'ai étudié théoriquement l'effet Zener dans le graphène. Le cas balistique, permet d'exhiber une signature du courant Zener. Mais, cette dernière est masquée dans les dispositifs expérimentaux. J'ai considéré le désordre induit par les impuretés. Celui-ci agit comme un filtre et révèle le courant Zener. Lorsque la mobilité décroît, le courant électrique passe progressivement d'une caractéristique linéaire à une loi de puissance. Mes prévisions théoriques ont ensuite été confirmées expérimentalement. Dans une deuxième partie, j'ai étudié les nanotubes de carbone qui sont des candidats prometteurs pour remplacer le cuivre dans les connexions entre transistors. Une brusque augmentation de la résistance, nuisible dans ce contexte, est due aux phonons chauds : lors du transport électronique, certains phonons ont une population anormalement élevée. Ce qui en retour diffuse très efficacement les électrons. La réduction de la population phononique est donc un moyen d'améliorer les propriétés de conduction. J'ai considéré le désordre isotopique qui ne diffuse pas les électrons mais seulement les phonons. J'ai calculé les temps de vie phononiques par une méthode non perturbative (basée sur l'algorithme de Lanczos) et par une approche perturbative (et self consistante). J'ai utilisé ces temps dans l'équation de Boltzmann pour obtenir la caractéristique courant-tension. J'ai ainsi montré que le désordre isotopique améliore les propriétés de conduction. Les deux parties mettent en évidence des effets inhabituels du désordre. Dans la première, un effet purement quantique est révélé et dans la seconde, les propriétés de transport sont améliorées.

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Prudhon, Philippe. "Propriétés optiques de milieux aléatoires macroscopiques : composites modèles noir de carbone/KBr." Bordeaux 1, 1986. http://www.theses.fr/1986BOR10501.

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Résumé :

Apres une etude bibliographique des proprietes optiques des milieux heterogenes, on presente une methode de determination des constantes optiques de materiaux heterogenes modeles opaques, constitues de pastilles de kbr contenant du noir de carbone

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Datta, Subhadeep. "Propriétés de transport électronique de nanotubes de carbone remplis de particules magnétiques." Thesis, Grenoble, 2011. http://www.theses.fr/2011GRENY008.

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Résumé :

Les nanotubes de carbone (CNT) à basse température se comportent comme des points quantiques pour lesquelles les niveaux électroniques deviennent quantifiés. Le transport électronique à travers une jonction-CNT est caractérisé par le phénomène de blocage de Coulomb, dont les spécificités dépendent du couplage entre le nanotube et les électrodes métalliques. Le blocage de Coulomb est extrêmement sensible au moindre changement électrostatique, faisant des jonctions-CNT de précis électromètres. Par exemple, si l'on couple un système magnétique à un nanotube, le transport électronique sera influencé par l'état de spin du système magnétique (effet magnéto-Coulomb). Ce projet de thèse présente des mesures de transport électrique sur un système hybride se composant d'un nanotube de carbone rempli de nanoparticules magnétiques (Fe). Ces mesures, réalisées à très basses températures (40 mK), ont permis de mettre en évidence le comportement hystérétique de la conductance en fonction du champ magnétique, et en particulier la présence de saut de conductance à champ magnétique fini. Nous expliquons ces résultats en termes d'effet magnéto-Coulomb : le renversement d'aimantation des particules de fer à champ magnétique fini provoquant une variation de charge effective due à l'effet Zeeman. Ces mesures sont une étape vers l'étude de l'anisotropie magnétique de nanoparticules individuelles
Carbon Nanotubes at low temperature behave as Quantum Dots for which charging processes become quantized, giving rise to Coulomb Blockade depending upon the coupling to the leads. Any small change in the electrostatic environment (tuned by the gate electrode) can induce shift of the stability diagram (so called Coulomb Diamonds) of the device, leading to conductivity variation of the Quantum Dot. A carbon nanotube can therefore be a very accurate electrometer. For example, if a magnetic system is electronically coupled to a nanotube, its electron conduction may be influenced by the spin state of the magnetic system (magneto- Coulomb effect). In this thesis, we report on the electrical transport measurements of such hybrid systems where a carbon nanotube is filled with magnetic nanoparticles such as Iron(Fe). We find that low-temperature (~40mK) current-voltage measurements of such devices can show a hysteretic behaviour in conductance with sharp jumps at certain magnetic fields. We explain the results in terms of the magneto-Coulomb effect where the spin flip of the iron island at non-zero magnetic field causes an effective charge variation in the Nanotube due to the Zeeman energy. Our studies are a step forward towards the study of the magnetic anisotropy of individual nanoparticles. We believe our findings have important implications for sensitive magnetic detectors to study the magnetization reversal of individual magnetic nanoparticle or molecule, even weakly coupled to a carbon nanotube

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Luxembourg, David. "Stockage de l'hydrogène par les nanomatériaux carbones : élaboration, caractérisation et propriétés." Perpignan, 2004. http://www.theses.fr/2004PERP0574.

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Résumé :

Ce travail traite du problème du stockage de l'hydrogène, vecteur énergétique envisagé pour alimenter les piles à combustibles. Le stockage par adsorption sur les nanotubes et nanofibres de carbone est une question très controversée car les résultats expérimentaux varient dans un large domaine, et les mécanismes d'adsorption non élucidés. En effet, la physisorption ne semble pas pouvoir expliquer l'ensemble des résultats publiés. L'ensemble des sites d'adsorption envisageables, physiques et chimiques sont discutés le plus précisément possible dans un état de l'art. Le travail expérimental intègre les étapes d'élaboration, de caractérisation et les mesures des propriétés d'adsorption de l'hydrogène. Les nanofibres sont synthétisées par une méthode de type CVD. La synthèse de nanotubes monoaparois (SWNT) est basée sur la vaporisation/condensation d'un mélange carbone/catalyseurs dans un réacteur utilisant une fraction de l'énergie solaire concentrée disponible au foyer du grand four solaire d'Odeillo de 1000 kW. Différents échantillons sont synthétisés en modifiant les catalyseurs de synthèse (Ni, Co, Y, Ce). Les échantillons de SWNT sont purifiés en utilisant des traitements oxydants et acides. Les propriétés d'adsorption de l'hydrogène de ces matériaux sont étudiées sur un banc volumétrique à 253 K à des pressions allant jusqu'à 6 MPa. Les capacités d'adsorption des matériaux testés n'excèdent pas 1 % massique à 253 K et 6 MPa
This work deals with hydrogen storage for supplying fuel cells. Hydrogen storage by adsorption in carbon nanotubes and nanofibers is a very controversial issue because experimental results are very dispersed and adsorption mechanisms are not yet elucidated. Physisorption cannot explain in fact all the experimental results. All the potential adsorption sites, physical and chemical, are discussed as detailed as possible in a state of the art. Experimental works includes the steps of elaboration, characterization, and measurements of the hydrogen storage properties. Nanofibers are grown using a CVD approach. Single wall carbon nanotubes (SWNT) synthesis is based on the vaporization/condensation of a carbon/catalysts mixture in a reactor using a fraction of the available concentrated solar energy at the focus of the 1000 kW solar facility of IMP-CNRS at Odeillo. Several samples are produced using different synthesis catalysts (Ni, Co, Y, Ce). SWNT samples are purified using oxidative and acid treatments. Hydrogen storage properties of these materials are carefully investigated using a volumetric technique. The applied pressure is up to 6 MPa and the temperature is 253 K. Hydrogen uptake of the investigated materials are less than 1 % wt. At 253 K and 6 MPa

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Vincent, Pascal. "Synthèse, caractérisation et étude des propriétés d'émission de champ de nanotubes de carbone." Lyon 1, 2002. http://www.theses.fr/2002LYO10124.

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Résumé :

Ce travail décrit les études réalisées sur la synthèse, la caractérisation et l'émission de champ de nanotubes de carbone en vue de caractériser leurs propriétés émissives. Nous avons choisi la décomposition catalytique d'acétylène pour la synthèse des nanotubes de carbone afin de réaliser des échantillons adaptés aux études fondamentales d'émission de champ. Différentes configurations ont été testées afin de parvenir à la croissance de nanotubes droits et localisés. La mise en forme en matrice inorganique ainsi que le collage localisé de nanotubes au bout de pointes par la technologie sol-gel ont également été réalisés. L'étude des propriétés d'émission de champ des nanotubes a permis de caractériser deux régimes d'émission distincts aux propriétés radicalement différentes. Le premier met en jeu l'émission à partir de nanoprotusions situées à la surface du nanotube. Il est caractérisé par des distributions en énergie composées de pics distincts. Le second régime d'émission de champ apparaît une fois la surface du nanotube nettoyée et présente un caractère métallique. Nous avons démontré un phénomène de chauffage du nanotube par effet Joule qui peut mener à des températures de l'ordre de 2000 K à l'apex et à la destruction du nanotube. La modélisation réalisée a permis de simuler ce phénomène et de relier ce chauffage aux paramètres intrinsèques du nanotube émetteur. La destruction des nanotubes par évaporation de champ thermiquement activée a été simulée ainsi que ses effets sur la saturation du courant d'émission. Nous présentons enfin la possibilité, en configuration d'émission de champ, d'exciter les résonances mécaniques des nanotubes et donc de remonter à leurs propriétés mécaniques. Ces fréquences de résonance peuvent être ajustées sur une très grande gamme en jouant sur la force électrostatique exercée sur le nanotube par la tension d'extraction.

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Debski, Nicolas. "Fibres obtenues à partir de nanotubes de carbone verticalement alignés : élaboration et propriétés." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112388/document.

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Résumé :

Les fibres à base de nanotubes de carbone (NTC), de par leurs propriétés électriques et mécaniques, sont des candidates potentielles pour des applications telles que les textiles fonctionnels ou les câbles conducteurs. A ce jour, deux familles de fibres, préparées selon des voies différentes, coexistent : les fibres contenant seulement des NTC et les fibres composites polymère/NTC. Les caractéristiques des NTC et les voies de mise en forme sont des facteurs reconnus pour impacter les propriétés électriques et mécaniques des fibres. Toutefois, compte tenu de la variabilité des sources de NTC et des conditions d’élaboration, il est difficile de dégager des relations entre caractéristiques des fibres et propriétés. C’est dans ce contexte que se situent ces travaux, avec comme objectifs la préparation de fibres à partir de NTC verticalement alignés selon deux voies d’élaboration et l’étude de leurs propriétés en fonction des caractéristiques des NTC. Une première partie de l’étude s’est focalisée sur la faisabilité de filage (voie sèche) à partir de tapis de NTC synthétisés par CCVD d’aérosol afin d’obtenir des fibres composée seulement de NTC. Même si l’ensemble des essais n’a pas abouti à un filage continu, ils ont permis de mettre en évidence un lien entre la faible tortuosité des NTC au sein du tapis et la capacité de ce dernier à former un réseau cotonneux qui semble être nécessaire à l’obtention d’une fibre. La seconde partie concerne l’étude de l’effet des caractéristiques des NTC (longueur, diamètre et structure) sur les propriétés électriques et mécaniques de fibres composites NTC/alcool polyvinylique (PVA) obtenues par voie humide à partir de suspensions de NTC. Or, la préparation de ces dernières engendre une rupture des NTC dont la longueur en suspension est limitée au micromètre. Un nouveau procédé de dispersion basé sur l’utilisation de cycles de gel/dégel a été développé, permettant d’aboutir à des longueurs de NTC en suspension de l’ordre de 4 à 6 µm. Ainsi, des suspensions concentrées en NTC de longueur, structure et diamètre différents ont été obtenues et ont permis d’élaborer avec succès des fibres composites. Les propriétés mécaniques des fibres brutes sont essentiellement modifiées par la longueur des NTC qui conduit à une amélioration du module de Young et de la contrainte à la rupture. Les propriétés électriques dépendent de la concentration en NTC dans la fibre et de la structure des NTC. Après traitement des fibres à 200 °C, l’augmentation de la longueur des NTC entraine une amélioration de la conductivité électrique. Par conséquent, l’utilisation de NTC longs dans des fibres composites s’avère bénéfique en termes d’augmentation des performances
Carbon nanotube (CNT) based fibers, due to their interesting electrical and mechanical properties, exhibit a broad range of potential applications, such as functional textile or electrical wiring. To date, there are two families of fibers prepared according to different routes: pure CNT fibers and CNT composite fibers. The CNT characteristics and the elaboration process are known to impact their electrical and mechanical properties. However, the large diversity of manufactured CNT and spinning conditions used to elaborate these fibers are not favorable to establish clear relationship between fiber characteristics and their properties. In this context, the aim of the present work is to prepare fibers from vertically aligned CNT carpet according to two different elaboration process and to study their properties according to the CNT characteristics. A first part of this study was focused on the dry-spinning feasibility directly from CNT carpet synthesized by aerosol-assisted CCVD process in order to prepare fibers containing only of CNT. Even though all tests did not lead to a continuous spinning, a relation between the weak CNT tortuosity and the capacity of carpet to form fluffy network was established, which seems important for fiber continuous spinning. The second part is devoted to the study of the CNT characteristic effect (length, diameter and structure) on the electrical and mechanical properties of composite fibers obtained by wet spinning from CNT suspension. However, the preparation of these suspensions generates a CNT breakage by reducing their length to the micrometer range. A new dispersion process based on freezing/thawing cycles was developed and enables to keep CNT length in suspension of about 4 to 6 µm. Thus, concentrated suspensions with different CNT length, structure and diameter were obtained and successfully spun into fibers. The mechanical properties of raw fibers are essentially modified by CNT length which involves an improvement of the Young modulus and the tensile strength. The electrical properties depend on the CNT concentration in fiber and on the CNT structure. After a heat treatment of fiber at 200 °C, the increase of CNT length leads to an improvement of electrical conductivity. Consequently, the use of long CNT in composite fibers is beneficial to improve their performances

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Greco, Carla. "Conception et synthèse de détergents aromatiques pour la séparation sélective des nanotubes de carbone chaise et zig-zag." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2004. http://www.theses.fr/2004STR13073.

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Résumé :

Les propriétés électroniques des nanotubes de carbone varient – métal ou semi-conducteur – suivant leur diamètre et leur chiralité. Il a ainsi été montré que les nanotubes " chaise " sont métalliques alors que les nanotubes " zig-zag " ou " chiraux " sont soit métalliques soit semi-conducteurs. La relation entre chiralité et propriété électronique nous a conduit à la conception de détergents aromatiques capables de réaliser une reconnaissance supramoléculaire et la mise en suspension spécifique d'un type de nanotube par rapport à l'autre en solution aqueuse, et pouvoir ainsi enrichir un mélange de nanotubes de différentes hélicités. Nous avons développé deux types de détergents aromatiques, des dérivés du pentacène et de dérivés ryléniques, dans le but d'effectuer l'extraction spécifique de nanotubes " chaise " et " zig-zag " respectivement. Une procédure de séparation de nanotubes chaise et zig-zag a été mise au point. Elle prévoit le traitement de nanotubes mono-feuillet avec une solution aqueuse d'un détergent aromatique conçu pour reconnaître un seul type des tubes. Après sonication et centrifugation, un surnageant, riche en tubes reconnus par le détergent, est séparé du culot, appauvrit de ces tubes, en récupérant ainsi, deux échantillons contenant nanotubes de divers chiralité. Nous avons montré par deux différents techniques, la spectroscopie Raman et la microcalorimétrie, que par fonctionnalisation non-covalente des nanotubes avec l'un ou l'autre de nos détergents aromatiques, un réel enrichissement d'un type de tube par rapport à l'autre est observable. De plus, l'utilisation de ces détergents aromatiques a permis d'obtenir des suspensions très stables de nanotubes dans l'eau et une efficace dispersion de fagots. Des images de microscopie à transmission électronique des échantillons de nanotubes issus de la fonctionnalisation avec nos détergents aromatiques, montrent la présence des tubes isolés et de fagot très fins, 2-4 tubes
The electronic properties of carbon nanotubes vary between metallic and semi-conducting depending on their diameter and chirality. It's well known that armchair nanotubes are metallic whereas zig-zag or chiral nanotubes are either metallic or semi-conducting. The relationship between chirality and electronic properties encouraged us to design aromatic detergents to achieve a supra-molecular recognition. We have designed two types of aromatic detergents, the pentacen derivates and the rylenic derivates, in order to realize a specific recognition of “armchair” and “zig-zag” nanotubes respectively. A separation procedure of armchair from zig-zag nanotubes was developed. Our method consists of a treatment of single-walled nanotubes with an aqueous solution of the aromatic detergent designed to recognize only one type of tubes. After sonication and centrifugation the supernatant, which was enriched with nanotubes specifically recognized by the detergent, was separated from the precipitate, which consequently contained less of this kind of tubes. We have show by Raman spectroscopy and microcalorimetry, that the non-covalent functionalization of carbon nanotubes with aromatic detergents by -stacking, allows to a real enrichment of one type of nanotubes. Furthermore, the utilization of these aromatic detergents allows us to obtain very stable suspensions of the nanotubes in water. The Transmission Electron Microscopy (TEM) images of the nanotube samples after treatment with our aromatic detergents show the presence of isolated tubes and of very thin bundles (2-4 tubes)

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Cleuziou, Jean-Pierre. "Synthèse et étude des propriétés de nanoparticules magnétiques de type coeur-coquille." Toulouse 3, 2007. http://thesesups.ups-tlse.fr/156/.

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L'électronique moléculaire et la spintronique moléculaire sont deux domaines émergeant de la nanophysique, prometteurs pour réaliser de nouveaux types de dispositifs utiles tant pour le stockage d'information que pour l'information quantique. Ce travail de thèse a pour objet de contribuer à ces deux domaines de recherche par la réalisation de jonctions moléculaires à base de nanotubes de carbone, faisant intervenir des nanostructures magnétiques. Nous avons choisi deux approches: (i) le transport électronique à travers des nanotubes de carbone remplis de matériaux magnétiques (nanotubes hybrides) et (ii) le développement du « nano-SQUID » composé de jonctions supraconductrices à nanotube de carbone. Ce magnétomètre devrait être suffisamment sensible pour étudier les propriétés magnétiques de molécules individuelles attachées au nanotube de carbone
Molecular electronics and spintronics are both rapidly emerging fields of nanoelectronics with a strong potential impact for the realization of new functions and devices helpful for information storage as well as quantum information. My thesis aimed at the merging of the two fields by the realization of molecular junctions that involves magnetic nanostructures. We chose two different approaches: (i) electronic transport through carbon nanotubes filled with magnetic material (hybrid carbon nanotubes), and (ii) development of a nano-SQUID with carbon nanotube Josephson junctions, which should be sensitive enough to study individual magnetic molecules that are attached to the carbon nanotube

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Senger, Antoine. "Films de nanotubes de carbone : Mécanisme de croissance et magnétisme de films orientés." Strasbourg 1, 2008. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2008/SENGER_Antoine_2008.pdf.

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Résumé :

À partir d'une analyse des prises de masse obtenues lors de croissance de nanotubes de carbone par CCVD suivie par micro-blance à quartz, un modèle cinétique est élaboré à l'échelle de la particule pour comprendre les mécanismes de la nucléation et de la croissance. Nous avons développé une étude des différentes étapes du procédé CCVD incluant une décomposition associative de l'hydrocarbure sur la face catalytique du catalyseur, la diffusion de surface et de volume du carbone, la nucléation et la croissance du nanotube résolue par une méthode de différences finies. Nos résultats indiquent très clairement que les processus de surface sont cinétiquement déterminants. La non-prise en compte des phénomènes à l'échelle atomique ne nous permet pas de prédire quelles sont les structures carbonées qui se forment pendant l'étape de nucléation ou de déterminer avec précision le chemin parcouru par un atome de carbone depuis la face catalytique jusqu'à son insertion dans le nanotube de carbone. Nous avons donc entrepris d'étudier la migration d'un atome de carbone depuis la surface du catalyseur jusqu'au plan graphitique constituant le nanotube de carbone à l’aide d’un code de calcul basé sur la méthode MEAM. La nouvelle génération de matériaux pour le stockage d'information nécessite la conception de réseaux réguliers ultra-denses de nanoparticules ferromagnétiques pouvant être synthétisés par méthode PE-CVD. Des simulations Monte-Carlo ont été effectuées pour sonder l'effet sur les propriétés magnétiques d'une augmentation de l'anisotropie des particules et/ou de la densité sur les capacités de stockage. Nos résultats montrent qu'un rapport d'aspect supérieur à 4 ne change pas fondamentalement les propriétés magnétiques du système et qu'avec de tels systèmes des capacités de stockage de l’ordre de 10 Tbits/inch² sont evisageables
A kinetic model for the growth of carbon nanotubes is develloped based on experimental data obtained by TEOM-CCVD synthesis of CNTs. The model takes into account associative decomposition of hydrocarbon on the surface of the catlytic particle, surface and volume diffusion, nucleation and growth of CNTs solved by finite differnce method. The surfacic process seems to be the rate determining step. To take into account microscopic scale effects a MEAM based programm is developped to analyse the path followed by an atom of carbon from the the catalytic facet to the graphitic shell of the CNT to determine whether the diffusion is volumic, sub-surfacic or surfacic. An experimental method to obtain ultra-high density assemblies of ferromagnetic nanoparticles is the Plasma-Enhanced CCVD. Monte-Carlo numerical simulations are developped to analyse the magnetic properties of such devices. We show that an aspect ratio superior to 4 does not change the magnetic propreties of the system and that we could reach with such devices a density of 10 Tbits/inch², 20 times more than what is done at the moment

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Cau, Michèle. "Analyses optiques in situ lors de la synthèse de nanotubes de carbone monofeuillets par vaporisation laser." Paris 11, 2007. http://www.theses.fr/2007PA112318.

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Périé, Thomas. "Dispersion de nanotubes de carbone dans les polymères : de la nanostructuration aux composites hautes performances." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00634552.

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Résumé :

Nous avons synthétisé des composites nanostructurés de nanotubes de carbone (CNT) par deux approches différentes. La première approche se base sur la dispersion dans une matrice d'intérêt d'un masterbatch de polymère fortement chargé en CNT optimisé pour d'une part aider à la dispersion des CNT et d'autre part pour induire une nanostructuration de la matrice. Un masterbatch de poly(styrene-b-butadiene-b-methyl methacrylate) et de CNT re-dispersé dans une matrice de polymère fluoré a permis d'obtenir des composites chargés et néanmoins ductiles. Nous avons aussi utilisé un masterbatch réactif à base de polyamide-6 (PA6). La morphologie co-continue réalisée après ajout de polyéthylène maléisé (PE*) permet d'obtenir des composites cumulant : rigidité, ductilité, résistance aux solvants et conductivité. Dans la deuxième partie de ce mémoire, nous avons démontré une interaction spécifique entre la phase PA6 et les CNT de composites à matrice PE*/PA6 nanostructurée. Le PA6 s'adsorbe sur les CNT ce qui conduit (au dessus d'un seuil de percolation) à des composites possédant comme microstructure un réseau de nanotubes consolidé à ses jonctions par du PA6. Ce réseau " brasé " permet d'obtenir des composites avec des propriétés uniques de tenue haute température. De manière surprenante, nous avons démontré qu'après extraction de la matrice PE* le réseau de nanotubes consolidé se comporte comme un gel. Ces gels originaux peuvent être gonflés par différents solvants de manière parfaitement réversible et possèdent des propriétés électriques dépendantes de leurs taux de gonflement.

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Louise, Loïc. "Synthèse et étude des propriétés mésomorphes d'espaceurs pour la fonctionnalisation des nanotubes de carbone." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112048/document.

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Résumé :

Du fait de leurs exceptionnelles propriétés, un très vaste champ d'applications s'ouvre aux nanotubes de carbone. La connaissance de leur toxicité est un enjeu primordial afin de connaître les risques et les dangers que ces objets représentent.Le travail présenté dans cette thèse vise à la synthèse de dérivés ayant pour but de favoriser les interactions entre les nanotubes et le milieu vivant.La synthèse d'une série de dérivés du cholestérol utilisables pour la fonctionnalisation des nanotubes de carbone a été mise au point. L'utilisation de tels dérivés a pour but de favoriser les interactions entre les objets greffés et les membranes cellulaires.Par ailleurs, de nombreux intermédiaires de synthèse présentent des propriétés mésomorphes. Celles-ci ont été étudiées au moyen de différentes méthodes telles que la microscopie optique, la calorimétrie différentielle à balayage et la diffusion des rayons X.Des nanotubes HiPco ont pu être purifiés et fonctionnalisés. L'analyse de leur cytotoxicité a été abordée, celle-ci a permis de mettre en avant une diminution de la toxicité des nanotubes greffés comparée à celles de nanotubes purifiés
Synthesis and study of mesomorphic properties of grafts for carbon nanotubes functionalizationIn order to study the toxicity of carbon nanotubes, cholesterol based derivatives were synthesized. Due to their exceptional properties, a wide field of applications is opened for carbon nanotubes. Regarding this field, knowing their toxicity becomes a key issue.The work presented here aims towards the synthesis of chemical derivatives designed to increase interactions between carbon nanotubes and a biological environment. The synthesis of a series of cholesterol derivatives aimed for the functionalization of carbon nanotubes has been developed. Such derivatives are intended to interact with cell membranes.Moreover, many synthetic intermediates have mesomorphic properties. These properties have been studied using different methods such as polarized optical microscopy (POM), differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray scattering (MWAXS).HiPco nanotubes have been purified, functionalized and characterized with techniques such as Raman spectroscopy and X-ray diffraction (XRD).Finally, a study of carbon nanotubes toxicity is presented

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Thèses sur le sujet « Nanotubes – Carbone – Propriétés optiques »

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