Dissertations / Theses: 'Composites – Matériaux nanostructurés – Nanotubes'

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Wang, Genwei. "Stabilité du nanotube de carbone : fabrication et comportement mécanique du composites à base des nanotubes." Cachan, Ecole normale supérieure, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00136102.

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Abstract:

Dans les premières parties, le flambage du nanotube de carbone sous ses poids propres a été analysé sous hypothèse de mécanique des milieux continus. Cela montre que le rapport critique de longueur/diamètre peut aller jusqu'à 106. On utilise aussi un modèle de poutre pour étudier la valeur critique de longueur pour que les deux nanotubes se collent sous action des forces de van der Waals. Ceci dans le but d'une guide de conception de nano interrupteur. La suite de la thèse est consacrée à la fabrication des composites à base de résine avec les renforts des particules de sic mais avec les nanotubes poussées dessus. Différents tests sous chargement statique et dynamique ont été utilisés pour étudier l'effet de ces renforts. L'observations microscopiques montrent par ailleurs que ces charges ont été dispersées de façon homogène
The stability of carbon nanotube under self weight is analyzed by continuum method. Research results show that the critical aspect ratio can reach to 106. Double cantileveled beam model is used to study the pull in instability of two carbon nanotubes under van der waals forces. The obtained results are useful for the critical design of carbon nanotube based nanoswitch. Carbon nanotube/sic (cnt/sic) hybrid structure are fabricated by chemical vapor despositon. Different loadings of cnt/sic are added into epoxy resin to make micro/nanoscale hybrid composites. The static and dynamic compressive tests are first made to study the renforcement of different filler. Sem observation on the facture surfaces shows that both carbon nanotube and sic particle are dispersed homogeneously

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Massuyeau, Florian. "Études photophysiques d'un polymère conjugué nanostructuré : du film nanocomposite à la nanofibre." Nantes, 2008. http://www.theses.fr/2008NANT2115.

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Abstract:

Ce travail de thèse comporte un volet Matériaux qui s’insère dans une thématique Nanomatériaux – Nanocomposites et un volet propriétés optiques relevant de la Nanophysique. Nous avons adressé les effets de nanostructuration d’un polymère conjugué semi-conducteur sur ses propriétés d’émission optique: le poly(p-phénylène vinylène) (PPV). Deux types de nanostructuration sont mis en œuvre: élaboration de films minces nanocomposites polymère – nanotubes de carbone (NTC); élaboration de nanofibres. Les films minces nanocomposites PPV/NTC sont préparés par drop-casting pour diverses concentrations de NTC et dilutions du précurseur du PPV. Leurs propriétés optiques se trouvent fortement modifiées par ces différents paramètres. L’effet sur la photoluminescence de l’interaction entre chaîne de polymère et NTC est discuté. Les nanofibres de PPV sont élaborées par une méthode d’imprégnation de membranes nanoporeuses. Selon les conditions de synthèse, deux types de morphologie sont obtenus: nanofils ou nanotubes. Des propriétés de photoluminescence très différentes selon la morphologie nanofil-nanotube sont mises en évidence. Ainsi, pour les nanotubes de PPV le rendement quantique d’émission est fortement renforcé et une nouvelle bande d’émission proche de 450 nm apparaît, présentant un déclin très lent. L’ensemble des résultats de photoluminescence est interprété et discuté à l’aide d’un travail théorique visant à décrire la structure moléculaire et supramoléculaire de ces nanostructures en terme de distribution de segments conjugués (effets intrachaîne/interchaîne, taille des segments). Il s’appuie sur un modèle phénoménologique et sur des calculs de chimie quantique moléculaire
This PhD. Thesis is aimed at the investigation of organic nanomaterials presenting original photophysical properties. We address the consequences of nanostructuration on the absorbing and emissive properties of poly(p-phenylene vinylene) (PPV), a prototypal semiconducting conjugated polymer for light emitting diode applications. On one hand we investigate quasi-two dimensional thin composite films of PPV loaded with carbon nanotubes (CNT). On the other hand, we achieve the synthesis of quasi-one dimensional PPV nanofibers exhibiting optical properties different from the bulk, which are possibly related to a near confinement regime of the photoexcited species. The PPV/NTC nanocomposite thin films are prepared by drop casting for several concentrations of PPV precursor polymer and for increasing CNT loads. The optical properties are strongly modified by these synthesis conditions. The interacting effects between polymer chains and CNT on the photoluminescence properties are discussed. The PPV nanofibers are elaborated by the wetting template method in nanoporous membranes. Depending on the synthesis conditions, we obtain either nanowires or nanotubes. These objects present different emissive characteristics. In PPV nanotubes, the quantum yield is increased and a new long-lived photoluminescence band is observed around 450 nm. We discuss the experimental results with two theoretical approaches: (i) molecular calculations of oligomers in order to find the most probable optical transition energies in short chains; (ii) a phenomenological model based on the distribution of conjugated segment lengths, allowing for a better understanding of both intrachain and interchain interactions

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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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Abstract:

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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Lanfant, Briac. "Élaboration et étude des propriétés thermomécaniques de composites à matrice SiC nanostructurée renforcée par des nanotubes de carbone." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112275/document.

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Abstract:

Le carbure de silicium (SiC), grâce à sa légèreté, son caractère réfractaire, sa tolérance à l’oxydation et sa faible absorption des neutrons, constitue un candidat intéressant pour des applications comme l’aéronautique, l’aérospatiale ou le nucléaire du futur. Cependant, son comportement fragile est un inconvénient majeur qu’il convient de dépasser pour ces applications. La réduction de la taille des grains à une échelle nanométrique pourrait contribuer à améliorer son comportement mécanique pour être utilisé sous forme monolithique, en tant que revêtement ou bien encore en tant que matrice dans un compositeCette thèse s’inscrit dans ce contexte, et s’intéresse à l’élaboration et à l’étude des propriétés thermomécaniques de composites à matrice SiC nanostructurée renforcée par des nanotubes de carbone. Dans un premier temps les travaux se sont portés sur l’élaboration et l’étude de l’effet de la nanostructuration de la matrice seule de SiC frittée sans ajout de frittage. Des échantillons nanostructurés (taille moyenne des grains de 100 nm) et denses à plus de 95,5% ont été obtenus grâce à la mise en place d’un procédé de dispersion efficace et à l’étude des effets des paramètres de frittage. Associés à ces hautes densités, de très bonnes duretés (jusqu’à 2200 Hv) et des ténacités convenables (3,0 MPa.m1/2) ont été atteintes. Ces travaux ont également montré l’importance primordiale de l’effet de polluants fréquemment rencontrés dans les poudres (oxygène et carbone) sur la microstructure et les propriétés mécaniques du SiC. Si l’oxygène, présent sous forme de silice ou d’oxycarbure de silicium semble favoriser les mécanismes de densification, un excès de carbone libre (3,5%m) provoque au contraire une diminution de la taille des grains et des densités. Les propriétés mécaniques (950 Hv et 2,4 MPa.m1/2) sont également sensiblement affectées. Une telle dégradation est expliquée par la localisation spécifique du carbone structuré entre les grains de SiC. La deuxième partie des travaux s’est concentrée sur l’ajout de Nanotubes de Carbone (NTC) dans la matrice SiC nanostructurée dans le but d’améliorer les propriétés mécaniques et de compenser la forte réduction de la conductivité thermique, détériorée par l’augmentation importante de la densité de joints de grains. Des crus chargés jusqu’à 5%m en NTC individualisés et répartis de façon homogène ont été réalisés. De manière similaire au carbone libre, la localisation spécifique des NTC cause une diminution de la taille des grains. L’établissement d’un réseau de percolation de NTC au-dessus de 1%m, associé à la méthode de frittage non conventionnel SPS, permet cependant d’améliorer les densités jusqu’à 97%. L’apport de NTC contribue également à l’obtention de dureté (jusqu’à 2550 Hv) et de ténacité (4,0 MPa.m1/2) plus élevées. Malgré les bonnes propriétés thermiques des NTC, l’augmentation de la densité des joints de grains amoindrit la conductivité thermique de nos composites
Ceramic carbides materials such as SiC, due to their refractory nature and their low neutron absorption are believed to be promising candidates for high temperature nuclear or aerospace applications. However, SiC brittleness has limited its structural application. In this context this work examines in a first part the possibilities to perform dense nanostructured SiC matrix by SPS without the use of sintering additive. Indeed a reduction of grain size (below 100 nm) accompanied by a high final density seem to be the solutions to counteract the brittleness and thus to improve mechanical properties. Dense (95%) and nanostructured (grain size around 100 nm) SiC samples were obtained thanks to the realization of an effective dispersion technique and the study on the sintering parameters effect. High hardness (2200 Hv) and decent fracture toughness (3.0 MPa.m1/2) were achieved. This first work also showed the preponderant influence of recurrent pollutants (oxygen and carbon) found in SiC powders on the final microstructure and mechanical properties of sintered samples. The oxygen as silica or silicon oxycarbide seems to promote densification mechanisms while free carbon (3.5%wt) causes lower grain size and densification state. Mechanical properties with carbon are also negatively impacted (950 Hv and 2.4 MPa.m1/2). Such degradation is due by the specific localization of carbon structure between the grains. In return of the expected mechanical properties improvement by reducing the grain size, the thermal conductivity is drastically decrease of due to the phonon scattering at the grain boundaries. With the aim of reducing this effect, a second study was initiated by introducing multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) into the SiC matrix. The MWCNTs by exhibiting a high toughness could also help to enhance the mechanical properties. Green bodies with different amounts of well dispersed MWCNTs (0%wt to 5%wt) were realized. Like free carbon, MWCNTs are located between the grains and induce a reduction of grain size. However the appearance of CNTs percolation for an amount above 1%wt, with the SPS sintering technique, allows an improvement of densification up to 97%. Hardness (up to 2550 Hv) and fracture toughness (4.0 MPa.m1/2) are also achieved with the SiC/NTC composites. Despite the good thermal properties of MWCNTs, the increase of grain boundary decreases the thermal conductivity of these composites

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Bardash, Liubov. "Synthesis and investigation of nanostructured polymer composites based on heterocyclic esters and carbon nanotubes." Thesis, Lyon 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LYO10174/document.

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Abstract:

La thèse concerne les synthèse et caractérisation de composites polymères nanostructurés à base d’esters de cyanates de bisphénol a (DCBA) ou à base d’oligomères cycliques de butylène téréphtalate (CBT) et de nanotubes de carbone multi-parois (MWCNTS). L’effet catalytique des nanotubes de carbone sur la polycyclotrimerisation de DCBA et aussi sur la polymérisation du CBT est observé. L’augmentation de la température de cristallisation a été fixée pour tous les échantillons de nanocomposites à base de polybutylène téréphtalate (cPBT). L’effet de la méthode de mise en forme de cPBT/MWCNTS sur ses propriétés thermiques et électriques a été établi. Il est observé que le traitement thermique additionnel des échantillons (recuit) à des températures inférieures à celle de la fusion du cPBT cause la réagglomération des MWCNTS dans le système. Il est établi que l’ajout de très bas taux de MWCNTS (0.03-0.06 pour cent en masse) dans la matrice de polycyanurate (PCN) augmente les valeurs de résistance à la flexion (64-94 pour cent). De même l’ajout de 0.01 pourcent de MWCNTS en masse dans le CBT augmente considérablement le module d'élasticité des nanocomposites cPBT. Cet effet a été expliqué par la dispersion efficace de cette faible quantité de nanocharges pendant la synthèse in situ de la matrice de cPBT et est confirmée par les clichés en microscopie. Il est déterminé que les propriétés électriques des nanocomposites à base d’esters hétérocycliques et MWCNTS peuvent varier de matériaux isolants aux matériaux conducteurs. Les seuils de percolation des deux systèmes sont très bas (0.22 et 0.38 pourcent pour nanocomposites à base de cPBT et PCN respectivement). La conductivité des composites conducteurs est particulièrement stable sur un large domaine de température ce qui laisse présager des applications intéressantes dans le domaine de la microélectronique et pour des pièces d’avion et de navettes spatiales
The thesis relates to synthesis and investigation of nanostructured polymer composites based on oligomers of cyanate esters of bisphenol a (DCBA) or cyclic butylene terephthalate (CBT) and multiwalled carbon nanotubes (MWCNTS). Catalytic effect of mwcnts in process of DCBA polycyclotrimerization as well as in cbt polymerization has been observed. Significant increase in crystallization temperature of nanocomposites based on polybutylene terephthalate (cPBT) with adding of MWCNTS is observed. The effect of processing method of cpbt/mwcnts nanocomposites on its electrical properties has been found. It has been established that the additional heating of the samples (annealing) at temperatures above melting of cPBT leads to reagglomeration of MWCNTS in the system. It is established that reagglomeration of MWCNTS results in increase of conductivity values of nanocomposites due to formation of percolation pathways of MWCNTS through polymer matrix. In the case of polycyanurate matrix (PCN), it is found that addition of small mwcnts contents (0.03-0.06 weight percents) provides increasing tensile strength by 62-94 percents. It has been found that addition of even 0.01 weight percents of MWCNTS provides significant increase in storage modulus of cPBT matrix. This is explained by effective dispersing of small amount of the nanofiller during in situ synthesis of pcn or cpbt matrix that is confirmed by microscopy techniques. It has been established that the properties of the nanocomposites based on heterocyclic esters and MWCNTS can be varied from isolator to conductor and has low percolation thresholds (0.22 and 0.38 weight percents for cPBT and PCN nanocomposites respectively). The conductivity of samples is particularly stable on a very large range of temperature from 300 to 10 degrees Kelvin that make these materials perspective for practical applications in microelectronics, as parts of aircraft and space constructions

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Oubenali, Mustapha. "Synthèse par dépôt chimique en phase vapeur catalytique (C-CVD) de nanostructures de carbone et leurs applications en catalyse et pour des matériaux composites." Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0058/document.

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Abstract:

Dans ce travail, nous décrivons les différentes formes, la structure, les propriétés et la croissance catalytique de nanotubes et nanofibres de carbone (Chapitre I). L'hydroxyapatite a été utilisée comme support de la phase active pour la synthèse de nanotubes de carbone multi-feuillet (MWCNTs) et de nanofibres de carbone (CNFs-H) par la technique de dépôt chimique en phase de vapeur catalytique (C-CVD) en lit fluidisé (Chapitre II). Après l'élimination du support par un simple lavage à l'acide chloridrique dilué, une étude théorique et expérimentale de l'oxydation de la surface de nanotubes de carbone par un traitement à l'acide nitrique a permis d'une part d'identifier et de quantifier les groupes formés à la surface de nanostructures carbonées et d'autre part de proposer un mécanisme pour la formation de ces groupes (Chapitre III). Les matériaux résultants après génération des fonctions carboxyliques de surface ont été utilisés comme support de catalyseur. L'hydrogénation du p-halogénonitrobenzène a été choisit comme réaction modèle pour comparer les performances catalytiques de catalyseurs à base de ruthénium en fonction de la nature du support utilisé, MWCNTs ou CNFs-H. L'influence de certains paramètres tels que la température, la nature du substrat et un traitement thermique du catalyseur (activation) est présentée. Une explication des performances catalytiques est proposée après caractérisation du catalyseur par MET, TPD, TPR et PZC (Chapitre IV). Les nanostructures carbonnées produites et caractérisées ont été utilisées comme charge de renforcement d'hydroxyapatites connue comme biomatériaux. Nous avons étudié en particulier la capacité de germination du phosphate octocalcique par la méthode de croissance cristalline à composition constante (C4) (Chapitre V)
In this work, we describe the different forms, the catalytic growth, the structure and properties of carbon nanotubes and nanofibres (Chapter I). Hydroxyapatite was used as catalyst support for the synthesis of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and nanofibres (CNFs) by catalytic chemical vapour deposition (C-CVD) in a fluidized bed reactor (Chapter II). After support removal by washing with diluted hydrochloric acid, a theoretical and experimental study of surface oxidation of carbon nanotubes by nitric acid treatment has been performed. It allows to identify and quantify the groups formed on the surface of carbon nanostructures and also to propose a mechanism for the formation of these groups (Chapter III). The functionalized nanotubes and nanofibers have been used as supports for heterogeneous catalysis. The hydrogenation of p-halonitrobenzene was used as model reaction to compare the catalytic performances of ruthenium supported on MWCNTs or CNFs-H catalysts. The influence of experimental parameters such as temperature, nature of the substrate and prior heat treatment (activation) of the catalyst on the catalytic activity and selectivity is presented. The catalytic performances have been correlated to the structure of the catalyst as determined from TEM, TPD, TPR and PZC analysis (Chapter IV). The carbon nanostructures produced have also been used as reinforcement fillers for hydroxyapatite-nanotube composites. We have studied in particular, the germination of octacalcium phosphate crystals under conditions of constant solution composition on the surface of the composite (Chapter V)

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Cayla, Aurélie. "Élaboration de détecteurs souples de température : mise en oeuvre et caractérisation de multifilaments à base de polymères immiscibles chargés en nanotubes de carbone." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10086/document.

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Abstract:

Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet de recherche européen INTELTEX («Intelligent multi-reactive textiles integrating nano-filler based CPC-fibres») du 6ème PCRD, et vise l’élaboration de capteurs textiles grâce à l’incorporation de nanotubes de carbone (NTC) dans un ou plusieurs polymères. L’objectif de ce travail est d’intégrer dans les Équipements de Protection Individuelle des sapeurs-pompiers, un nouveau composite textile basé sur l’utilisation de nanocharges innovantes, permettant de les alerter sur une élévation critique de la température environnante. La réalisation de ce détecteur passe par la préparation d’un Composite Polymère Conducteur biphasique, dont l’un des deux polymères (Polycaprolactone (PCL)) contient les NTC. Il constitue de part sa température de fusion proche de la température de détection souhaitée, la phase sensible à l’élévation de température. Il est protégé par le second polymère dont la température de fusion est plus élevée (Polypropylène (PP)). Pour notre application, une interpénétration des deux phases (morphologie co-continue) ainsi qu’une localisation sélective des NTC dans le PCL sont privilégiées afin d’obtenir une bonne conductivité électrique. Une fois l’élaboration du multifilament biphasique conducteur (par filage en voie fondue) atteinte, le fil est intégré dans une structure tissée, qui instrumentée, permet de récupérer le signal électrique. La présence d’un effet de Coefficient de Température Positif permet une détection à la température de fusion du PCL et les prototypes étudiés dans des conditions plus proches du réel qu’en laboratoire permettent de vérifier la reproductibilité et montrent des résultats prometteurs
This study is a part of the European research project INTELTEX (“Intelligent multireactive textiles Integrating nano-filler based CPC-fiber”) of the Sixth Framework Programme for Research and Technological Development. The elaboration of a textile sensors is ensured by the incorporation of carbon nanotubes (CNT) in one or more polymers. The final goal of this work is to integrate in Personal Protective Equipment (PPE) for fire-fighters, a new textile composite based on the use of innovative nanofillers enables them to be alerted at a critical elevation of the surrounding temperature. The realisation of this sensor requires the preparation of a biphasic Conductive Polymer Composite (CPC), where the two polymers have farther melting temperatures and one of which corresponds to the wished detection temperature. The CNT are introduced in the phase which is sensible to the temperature elevation (Polycaprolactone (PCL)) and protected by the second polymer whose melting temperature is higher (Polypropylene (PP)). For our application, an interpenetration of two phases (co-continuous morphology) and a selective localization of CNT in the PCL are privileged to obtain a good electrical conductivity. Once the development step of the biphasic conductive multifilament (by melt spinning) reached, the yarn is embedded in an instrumented woven structure, which permits to record the electrical signal. The presence of an effect of Positive Temperature Coefficient (PTC) allows the detection at the melting temperature of PCL (58°C). The firsts prototypes studied under conditions closer to the reality show the reproducibility so that very promising results

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Chihi, Manel. "Étude des performances d’un composite carbone/époxy dopé par des nanocharges sous des sollicitations sévères." Electronic Thesis or Diss., Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2021. http://www.theses.fr/2021ENTA0017.

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Abstract:

Ce travail de thèse a été réalisé dans un contexte de valorisation des matériaux composites à base de nanocharges. La connaissance du comportement mécanique des nanocomposites dopés par des nanocharges soumis à des sollicitations dynamiques sévères est une donnée importante pour les concepteurs des structures composites dédiées aux applications civiles et militaires. Ce comportement doit être caractérisé dans un large domaine de déformation ; pour des vitesses de déformation pouvant atteindre 10⁵s⁻¹. Une attention particulière est portée au système des barres d’Hopkinson (SHPB) en raison de son utilisation fréquente dans une telle gamme de vitesses de déformation qui correspond à la gamme de vitesses de la plupart des applications industrielles. Dans ce contexte, nous avons mené dans un premier temps une étude centrée sur l’effet des nanocharges sur le comportement dynamique et la cinétique de l’endommagement d’un composite de référence à base de fibres de carbone noyées dans une matrice époxy. Nous avons opté pour le choix de deux types de nanocharges présentant une compositions chimiques pareilles (basé sur le carbone pur) mais deux géométries différentes (quasi-1D pour les nanotubes de carbone (NTC) et 2D pour les nanofeuillets de graphène (GNP)). On a préparé les deux séries de nanocomposites NTC et GNP dans les mêmes conditions tout en utilisant des fractions massiques communes (0.5%, 1% et 2%) pour pouvoir mener une étude comparative concernant les deux systèmes. Une campagne d’essais de compression dynamique, hors-plan (OP) et dans le plan (IP) et, ainsi qu’une étude numérique ont été menées. Il a été démontré que le comportement dynamique et la cinétique d’endommagement des matériaux sont très sensibles à la vitesse de déformation et à la direction de sollicitation. Les résultats de ces essais nous ont aussi permis d’appréhender l’influence de l’ajout des nanocharges sur la réponse des matériaux. Le pourcentage de 1% GNP montre des performances optimales en rigidité, contrainte maximale et résistance à l’endommagement. Toutefois, les nanocomposites peuvent être très sensibles aux conditions environnementales, en particulier au vieillissement hygrothermique qui peut réduire leurs performances mécaniques. De ce fait, l’effet du vieillissement hygrothermique (60°C/80% HR) sur la durée de vie des nanocomposites est alors étudié expérimentalement (chargement dans le plan). Des baisses de différentes propriétés mécaniques en fonction du temps (15, 40 et 100 jours) et de la teneur en eau absorbée sont mises en évidence pour chaque fraction massique. Cependant, il a été démontré que l’introduction de nanocharges, sauf dans le cas 0.5% NTC, entraine une dégradation plus importante du composite de référence
This thesis work was carried out in a context of valorization of composite materials based on nanofillers. The knowledge of the mechanical behavior of nanocomposites doped by nanofillers submitted to high dynamic loading is an important data for the designers of composite structures dedicated to civil and military applications. This behavior must be characterized in a wide range of deformation; for strain rates in the range of 10² to 10⁵s⁻¹. Particular attention is devoted to the Hopkinson pressure bar system (SHPB) because of its frequent use in such a wide range of deformation which corresponds to the strain rate deformation range of most industrial applications. In this context, we first conducted a study focused on the effect of nanofillers on the dynamic behavior and damage kinetics of a carbon/epoxy composite. We have chosen two types of nanofillers with similar chemical compositions (based on pure carbon) but two different geometries (quasi-1D for carbon nanotubes (CNT) and 2D for graphene nanoplatelets (GNP). The two series of nanocomposites CNT and GNP were prepared under the same conditions while using common mass fractions (0.5%, 1% and 2%) in order to conduct a comparative study of the two nanocomposite systems. A dynamic compression test (in-plane (IP) and out-of-plane (OP)) and a numerical study were conducted. It has been shown that the dynamic behavior and damage kinetics of the materials are very sensitive to the strain rate and the direction of solicitation. The results of these tests also allowed us to understand the influence of the addition of nanofillers on the response of the materials. The percentage of 1% GNP shows optimal performances in stiffness, maximum stress and resistance to damage. However, nanocomposites can be very sensitive to environmental conditions, in particular to hygrothermal aging that can reduce the mechanical performances. Therefore, the effect of hygrothermal aging (60°C/80%RH) on the lifetime of nanocomposites is studied experimentally (in-plane loading). Decreases of different mechanical properties as a function of time (15, 40 and 100 days) and absorbed water content are highlighted for each mass fraction. However, it was shown that the introduction of nanofillers, except in the case of 0.5% CNT, leads to a more significant degradation of the reference composite

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Daon, Joffrey. "Matériaux d'Interface Thermique Nanostructurés." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLC082/document.

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Abstract:

Dans le domaine de la microélectronique de puissance, les progrès de miniaturisation ne cessent de s’accroître. En effet, le nombre de composants par unité de surface a suivie durant de nombreuses années la loi de Moore. Cette évolution implique une augmentation de la densité d’énergie à évacuer sous forme de chaleur, ce qui rend le contrôle de la température de fonctionnement difficile et a pour effet de diminuer la fiabilité des systèmes électroniques.C’est pourquoi, le management thermique des matériaux d’interface thermique est indispensable pour pérenniser le bon fonctionnement des dispositifs de puissance dans leur environnement. L’utilité de ces matériaux est d’améliorer l’évacuation de la chaleur des composants électroniques vers le milieu environnant via un dissipateur thermique (radiateur, fluide caloporteur). Pour tenter de répondre à ces besoins, ce sujet de thèse est basé sur l’utilisation de nanotubes de carbone verticalement alignés, associée à des polymères fonctionnels. Les études se sont portées sur l’ensembledes résistances de contact existantes au sein d’un matériau d’interface thermique, depuis les nanotubes decarbone / Polymère / jusqu’au substrat de cuivre.L’optimisation des interactions est portée sur l’étude de différents polymères ayant la capacité d’engendrer des liaisons covalentes avec les nanotubes de carbone et avec le substrat de cuivre. L’intérêt de ces liaisons covalentes est d’améliorer le transfert de la chaleur via les phonons. Enfin, l’augmentation de la conductivité thermique intrinsèque des polymères est envisagée.Concernant les résultats obtenus, il apparait une nette diminution de chacune des résistances de contact étudiées. Afin de mieux comprendre ces résultats, des études de ces interfaces in-situ ont été réalisées
With progress in microelectronics, the miniaturization of devices is a current issue and the component density on a device follows Moore’s law. As a consequence the power density reaches levels that challenge device reliability. New heat dissipation strategies are needed to efficiently drain heat.Thermal interface materials (TIMs) are used to transfer heat across interfaces, for example between the device and its packaging. However, to meet microelectronics requirement, commercials TIMs still need to be highly thermally conductive.In order to achieve these requirements, this work is focused on the use of vertically aligned carbon nanotubes (VACNTs) and functional polymers. All thermal contact resistances existing in TIMs, from VACNTs / Polymer / to substrate are studied.Interaction optimizations are based on the study of different polymers which are specially designed to develop covalent bonding with the CNTs sidewalls and/or metallic surface. The interest of these covalent bondings is to improve the thermal transfer by phonons. Finally, the increase of the intrinsic thermal conductivity of the polymer is considered.Regarding the results, a decrease of all thermal contact resistances is shown. In order to have a better understanding of these results, the thermal interfaces obtained are analyzed in situ

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Axel, Salinier. "Préparation d’un composite hybride par co-malaxeur : influence des paramètres de mise en oeuvre sur les propriétés." Thesis, Pau, 2014. http://www.theses.fr/2014PAUU3047/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur les relations entre les paramètres de mise en œuvre à l’état fondu et les propriétés d’un composite hybride à matrice thermoplastique. Les charges étudiées sont les fibres de verre courtes (échelle micrométrique) et les nanotubes de carbone (NTC) (échelle nanométrique) dispersées dans une matrice thermoplastique thermostable, le poly(éther imide) (PEI). Nous avons montré que les fibres de verre participent fortement à la structuration du réseau de NTC et que la conductivité électrique du composite hybride est plus élevée que celle des nanocomposites. Les paramètres de mise en œuvre et notamment le paramètre Energie Mécanique Spécifique (EMS) a une forte influence sur les propriétés des composites hybrides et notamment sur la conductivité électrique. Il a été montré que les variations de conductivité électrique sont la conséquence d’un changement d’état de dispersion des NTC. Le taux de fibres de verre introduit dans le nanocomposite PEI/NTC a une forte influence sur la conductivité du composite hybride. Il est possible de contrôler la conductivité électrique du composite multi-échelles en modifiant le taux de fibres de verre introduit notamment pour des concentrations en NTC proche du seuil de percolation
This PhD work deals with the relationship between the processing parameters at the melt state and the polymer matrix hybrid composite material’s properties. The fillers studied are short glass fibres (micrometric scale) and carbon nanotubes (CNT) (nanometric scale) dispersed in a high temperature polymer matrix, the poly(etherimide) (PEI). We showed that glass fibres strongly participate in the CNT network structuration and that electrical conductivity of multiscale composite materials is higher than the one of nanocomposite materials. The combination of the two fillers allows obtaining a synergy effect for the mechanical properties especially for the elongation at break which is due to a preferential localization of CNT at the PEI/glass fibres interfaces. The study of the influence of processing parameters on the properties of nanocomposite materials and hybrid composite materials showed that Specific Mechanical Energy (SME) has a strong influence on the hybrid composite material properties and especially on the electrical conductivity. These variations are the consequences of CNT network modifications. Glass fibres concentration has also a strong influence on the electrical conductivity of the hybrid composite materials. It is possible to adjust the electrical conductivity with modifying the concentration of glass fibres especially for the CNT amount closed to the electrical percolation threshold

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Jourdain, Vincent. "Croissance catalytique séquentielle de nanotubes de carbone." Montpellier 2, 2003. http://www.theses.fr/2003MON20146.

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Franchini, Elsa. "Structuration of nano-objects in epoxy-based polymer systems : nanoparticles & nanoclusters for improved fire retardant properties." Lyon, INSA, 2008. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2008ISAL0006/these.pdf.

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Abstract:

Over the last few years, nano-structured materials have shown themselves to be of great interest for flame retardancy, particularly owing to their reduced environmental impact and possible simultaneous enhancement of the mechanical properties. The introduction of nano-objects into a polymer matrix has proven to be efficient in certain circumstances. The key factor in such material seems to be the dispersion and organization of the nano-objects within the matrix. However, dispersing inorganic nanofillers into an organic polymer remains the main problem. Therefore, the purpose of this study is to process epoxy-based nanostructured materials processed with different types of nano-objects. The general idea is being able to both control the dispersion state of nanoparticles and investigate the influence on the morphologies and properties achieved. High aspect ratio nanoparticles with distinct intrinsic properties were considered : sepiolite, a highly hydrophilic magnesium silicate that is known for its high sorbent capacity, and carbon nanotubes. On the other hand, another type of nano-objects were also investigated: metal oxo POSS nanoclusters, that exhibit a hybrid organic/inorganic structure. The first part of the present work was to understand the phenomena involved in the processing of nano-structured materials, in order to clarify the key factors controlling the nano-object dispersion state, and influencing the resulting nano-structuration. The second part focused on the study of the generated morphologies, and their influence on the resulting properties, particularly on the fire retardancy
Il a été montré récemment que l’ajout de particules nanométriques au sein d’un matériau polymère pouvait conduire à une meilleure résistance au feu, tout en préservant les propriétés mécaniques du matériau de base. Cette nouvelle voie d’ignifugation constituerait par ailleurs une approche plus respectueuse de l’environnement, et une bonne alternative à l’utilisation traditionnelle d’additifs bromés très toxiques. Un des paramètres clé dans de tels matériaux, afin d’obtenir d’intéressantes propriétés feu, semble être l’état de dispersion et l’organisation des nano-objects au sein de la matrice. L’objectif de cette thèse est donc d’introduire dans une matrice epoxy différents types de nano-objets. L’idée générale est de contrôler l’état de dispersion de différents nano-objects au sein d’une matrice epoxy et d’étudier l’influence de ce paramètre sur les morphologies et propriétés générées. Deux types de nanoparticules à haut facteurs de forme ont été étudiées: la sépiolite et les nanotubes de carbone. Un deuxième type de nano-objet a aussi été étudié : les clusters POSS qui ont une structure hybride organique/inorganique. Le premier travail de cette thèse a été de comprendre les phénomènes qui peuvent intervenir lors de la mise en œuvre de tels matériaux, afin de faire ressortir les paramètres clé qui permettent le contrôle de l’état de dispersion des nano-objets au sein de la matrice, et ce, afin de contrôler la nanostructuration développée. Dans une deuxième partie, les morphologies générées ont été étudiées et mises en relation avec les propriétés générales des matériaux ainsi structurés et plus particulièrement avec les propriétés de résistance au feu des matériaux

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Dudek, Christophe. "Étude de matériaux hyperfréquences innovants : des microfils nanocristallisés aux composites magnétiques artificiels." Tours, 2006. http://www.theses.fr/2006TOUR4011.

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Abstract:

Cette thèse définit des améliorations et propose de nouveaux concepts dans le domaine des matériaux magnétiques hyperfréquences en utilisant une approche plurielle de la perméabilité dynamique. Le développement de microfils ferromagnétiques gainés de verre nanocristallisés à base de fer a permis d'obtenir, pour la première fois, une réponse magnétique significative jusqu'à 4 GHz à 350°C. La conception et la mesure d'un nouveau matériau magnétique artificiel associant des motifs inductifs en cuivre et un matériau ferromagnétique ont montré la possibilité d'obtenir une réponse hyperfréquence significative sur une large bande jusqu'au GHz. Enfin, une approche mécanique de la perméabilité, a mis en évidence les possibilités offertes par des systèmes combinant matériaux magnétiques et éléments mécaniques. Ceci a conduit à la définition d'un concept d'inducteur vibrant sous champ magnétique dont les résultats en termes de gain par rapport aux inducteurs classiques sont très prometteurs
This thesis concerns the development of new concepts in the microwave's magnetic materials field. Based on a multiple approach of the dynamic permeability, several attempts have been carried out. On the one hand, the study of nanocrystallized ferromagnetic glass-coated microwires has led, for the first time, to significant permeability levels up to 4 GHz at 350°C. On the other hand, a new type of metamaterial made of ferromagnetic core combined with copper helices has exhibited a large band microwave permeability. Eventually, the analysis of the magnetic response of magnets as part of mechanical systems has evidenced the concept of vibrating inductor in a magnetic field. This new technology seems to offer great potential gains

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Saba, Johan. "Electrodéposition de polymère conducteur électronique sur des fibres de carbone greffées de nanotubes de carbone." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2012. http://www.theses.fr/2012DENS0073.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR « PROCOM » du programme Matériaux et Procédés dont le coordinateur est EADS IW. Elle a eu pour objectif la mise en place et le développement d’un procédé industrialisable consistant en la fabrication de renforts fibreux pour les composites de haute performance. Elle intègre des nouveaux concepts à nano/micro-échelles et un traitement de surface par voie électrochimique. Les travaux de cette thèse présentent la synthèse d’un polymère conducteur électronique, le polypyrrole, par voie électrochimique, effectuée à la surface de renforts hybrides qui sont des fibres de carbone greffées de nanotubes de carbone (NTCs). Dans un premier temps il s’agit d’optimiser la synthèse du polymère et d’observer l’influence des différents paramètres liés à l’électrochimie sur le taux de dopage et l’épaisseur du film polymère. Les paramètres étudiés étant le potentiel appliqué, le temps de polymérisation, la nature de l’électrolyte et le dopant. Puis il s’agit d’évaluer l’influence du dépôt de polymère sur trois paramètres très importants. Ces paramètres sont la conductivité électrique, les propriétés mécaniques et l’accrochage des NTCs à la surface de la fibre de carbone. Les propriétés électriques sont importantes car ces composites seront utilisés pour le fuselage d’aéronefs qui doivent pouvoir dissiper le courant en cas de foudre. Les bonnes propriétés électriques intrinsèques des NTCs ainsi que l’utilisation d’un polymère conducteur ont permis d’améliorer les propriétés conductrices du renfort. Le polymère joue également le rôle d’interface entre le renfort qui est la fibre hybride et la matrice dans le but d’améliorer les propriétés mécaniques du matériau final. Cependant pour améliorer l’interface différents pré-traitements ont été effectués, tels qu’un traitement thermique, une fonctionnalisation de surface par plasma et le greffage d’une couche d’accroche. Enfin, le polymère joue un rôle protecteur au niveau de la dissémination des NTCs dans l’atmosphère afin d’éviter tout risque sanitaire. Dans un deuxième temps, un système permettant l’électropolymérisation des fibres hybrides en continu a été mis au point en vue de la réalisation d’un procédé pilote par les partenaires industriels du projet
This thesis is part of the ANR project “PROCOM” from the Mat&Pro program whose coordinator is EADS IW. The aim of the project is the development of a process likely to be scaled up industrially to produce fibrous reinforcements for high performance composites. The project incorporates new concepts in nano / micro-scale and an electrochemical surface treatment. This PhD work presents the synthesis of an electronically conductive polymer (polypyrrole) by an electrochemical route, on the surface of hybrid reinforcements which are carbon fibers grafted by carbon nanotubes (CNTs). At first, the polymer synthesis has been optimized and the influence of different electrochemical parameters on the doping level and the thickness of the polymer layer was investigated. The parameters studied were the applied potential, the polymerization time, the nature of the electrolyte and the dopant. Then, the influence of polymer deposition on three very important parameters was considered. These parameters are the electrical conductivity, the mechanical properties and the adhesion of CNTs on the surface of the carbon fibers. The electrical properties are important because these composites are intended to be used for the fuselage of aircraft that must be able to dissipate the current from lightning. Good intrinsic electrical properties of CNTs and the use of a conductive polymer have improved the conductive properties of reinforcements. The polymer, which is at the interface between the reinforcing hybrid fibers and the matrix, is expected to improve the mechanical properties of the final material. However, to improve this interface different pre-treatments were carried out, such as heat treatment, plasma surface functionalization and incorporation of a grafting layer. Finally, the polymer plays a protective role in the dissemination of CNTs in the atmosphere in order to avoid any health risk. In a second step, a system for the electropolymerization of hybrid fibers in continuous was implemented with the aim of developing an industrially scalable process

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Ben-Abdallah, Philippe. "Transferts de chaleur par rayonnement dans les matériaux composites micro et nanostructurés." Habilitation à diriger des recherches, Université de Nantes, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00289689.

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Abstract:

Mon mémoire d'HDR présente une synthèse de l'essentiel de mes activités de recherche effectuées depuis 1999. Toutefois un certain nombre de mes travaux sur la manipulation optique de nanoobjets, sur la métrologie optique et sur les transferts radiatifs instationnaires ne seront pas discutés dans ce mémoire. Les recherches qui y sont décrites concernent principalement les transferts radiatifs stationnaires dans les milieux semi-transparents denses et hétérogènes et les transferts de chaleur en champ proche dans les matériaux nanocomposites. C'est pourquoi, j'ai choisi de regrouper ces travaux sous le vocable ‘transferts de chaleur par rayonnement dans les matériaux composites micro et nanostructurés'.
Les développements réalisés ces dernières années dans le domaine des nanotechnologies autorisent désormais la structuration de la matière à une échelle sub-longueur d'onde jusque dans le domaine visible ce qui permet de sculpter à macro échelle les propriétés radiatives des matériaux composites et de contrôler les échanges radiatifs en champ proche dans ces milieux..
La première partie de mon HDR portera sur les transferts radiatifs dans les matériaux nanocomposites à gradient de permittivité diélectrique dans l'approximation de l'optique géométrique. Des avancées spectaculaires ont récemment été faites sur ce sujet grâce aux progrès technologiques réalisés dans le domaine de la nanofabrication. Il est désormais possible de concevoir des matériaux composites complexes pour générer artificiellement une variation spatiale de la permittivité diélectrique et de la perméabilité magnétique . Nous montrerons que cette structuration permet de modeler les trajets optiques et de contrôler le flot d'énergie radiative dans ces milieux. Nous verrons qu'il existe une analogie forte entre la théorie de la relativité générale et l'électrodynamique classique dans un nanocomposite à gradient de permittivité diélectrique (i.e. la lumière expérimente la matière comme un champ gravitationnel effectif). Nous montrerons comment le transfert radiatif peut-être modélisé dans ces milieux, quels sont les effets induits par la courbure de l'espace temps sur le champ de luminance, sur l'absorption, le processus diffusion et le champ de température. Nous verrons en particulier que la courbure de l'espace temps permet dans certaines conditions d'amplifier la luminance monochromatique directionnelle dans un milieu absorbant. Enfin, nous montrerons que ces matériaux permettent de concevoir des sources thermiques cohérentes en champ lointain.

Dans une seconde partie nous nous intéresserons aux propriétés de cohérence du champ rayonné par des matériaux stratifiés micro et nanostructurés et à la mise au point de sources thermiques cohérentes à partir de ces matériaux. Nous commencerons par décrire le comportement émissif en champ lointain des films fins et montrerons que ces milieux peuvent se comporter comme des antennes thermiques. Nous verrons ensuite comment les structures composites planes peuvent servir à mettre au point des sources thermiques à haut de degré de cohérence spectrale simultanément pour les deux états de polarisation du champ électromagnétique. Enfin, nous montrerons qu'il est possible, pour concevoir une source thermique cohérente, d'abandonner la démarche heuristique usuelle basée sur une approche de type essai-erreur au profit d'une démarche ab-initio plus rationnelle.

Dans la troisième et dernière partie de ce mémoire nous présenterons nos travaux sur les transferts de chaleurs en champ proche dans les matériaux composites. Une fois de plus, on commencera par décrire le comportement des films minces. Nous verrons que lorsqu'un film supporte des ondes de surface, l'hybridation de ces modes de part et d'autre du film lui confère un comportement radicalement différent de celui des matériaux massifs. On étudiera ensuite les transferts de chaleur par interactions d'ondes de surface dans des réseaux de nanoparticules immergés dans des matrices diélectrique solides. Nous montrerons que lorsque les nanoparticules sont séparées par des distances plus grandes que leur diamètre, chaque particule peut-être considérée comme un simple dipôle en interaction avec ces voisins. Dans ce cas, nous verrons que le transfert de chaleur par interaction des polaritons de surface à travers le réseau est négligeable. En revanche, nous montrerons qu'à courtes distances de séparation (typiquement pour des distances inférieures au diamètre des particules) les interactions multipolaires peuvent devenir très importantes et augmenter significativement le transfert de chaleur. Enfin, nous étudierons le transport de chaleur dans les réseaux monodimensionnels en régime balistique et en régime diffusif .

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Gaudon, Alexandre. "Matériaux composites nanostructurés par séparation de phases dans le système silice - zircone." Limoges, 2005. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/04090e61-c42c-4fa5-a005-6843abcb42da/blobholder:0/2005LIMO0033.pdf.

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Abstract:

Ce travail est consacré à la synthèse, par voie sol-gel, de matériaux composites nanostructurés. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés au système binaire précurseur de silice et de zircone. Les évolutions microstructurales de ces matériaux, en fonction de la température de traitement thermique, ont été étudiées par diffusion centrale des rayons X, diffraction des rayons X et microscopie électronique en transmission. Une séparation de phase à l'échelle nanométrique, préalable à la cristallisation et constituée de zones interconnectées respectivement riches en silicium et en zirconium, a été mise en évidence après des traitements thermiques à 600°C. Ces zones servent de matrice à partir de laquelle la cristallisation apparaît, ainsi durant un traitement thermique à 1000°C des cristaux nanométriques de zircone apparaissent dans la zone précédemment enrichie en zirconium. Il est ainsi possible d'obtenir un matériaux composite nanostructuré dont la microstructure est contrôlée par le choix de la température et de la durée de traitement thermique. Dans la continuité de cette étude, nous nous sommes ensuite attachés à appliquer ces résultats au cas des couches minces de silice – zircone et à des matériaux potentiellement luminescents dans les systèmes ZrO2 – Eu2O3 – SiO2 et ZnO – SiO2
This work is devoted to the synthesis of nanocomposite via a sol-gel process. We have more specifically focused our attention to the silica – zirconia system. Microstructural properties of these materials were investigated by small angle X-ray scattering, X-ray diffraction and transmission electron microscopy. After 600°C heat treatments, a nanoscaled amorphous phase separation consisting in silicon-rich and zirconium-rich interconnected domains was shown to be present. For higher heat treatments the crystallization of zirconia nanocrystals occurs in the previously formed zirconium-rich region. The size and spatial distribution of crystalline particles, dispersed in the amorphous silica-rich matrix, are controlled by the annealing conditions. Finally we have extended this study to silica – zirconia thin coatings and to potentially luminescent materials in the ZrO2 – Eu2O3 – SiO2 and ZnO – SiO2 systems

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Bouizi, Younes. "Micro-composites formés d'une couche continue de zéolithe recouvrant un cœur de zéolithe – Etude des processus de formation." Mulhouse, 2005. http://www.theses.fr/2005MULH0810.

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Abstract:

Cette thèse traite de la préparation de micro-composites formés d'une couche continue de zéolithe recouvrant un cœur d'une zéolithe différente et de l'étude des processus de leur formation. Plusieurs types structuraux de zéolithe ont été retenus et combinés (BEA, FAU, LTA, MFI, MOR, SOD), couvrant une large gamme de compositions chimiques et de types structuraux pour déterminer les facteurs contrôlant la formation du composite zéolithe-zéolithe. La synthèse d'une couche à été faite sans (synthèse directe) et avec (croissance secondaire) ensemencement de la zéolithe de cœur par des germes de la zéolithe de couche. La synthèse directe de composites a montré que la correspondance structurale entre les deux zéolithes et le contrôle de la réactivité de la surface de la zéolithe de cœur sont des facteurs importants pour obtenir une couche continue de zéolithe sur une autre. Les facteurs contrôlant la formation de composites à partir de la croissance secondaire de germes sont les suivants : (i) la correspondance chimique de la zéolithe de cœur et de couche ; (ii) la stabilité des zéolithes de cœur dans le milieu de synthèse ; (iii) et la cinétique de croissance de la couche. Les matériaux synthétisés devraient permettre d'améliorer les performances de procédés de la pétrochimie en particulier et ouvrir de nouvelles applications pour les matériaux zéolithiques
The present thesis deals with the preparation and the mechanism of formation of core-shell zeolite micro-composites comprising a single crystal core and a polycrystalline shell. Several framework types (BEA, FAU, LTA, MFI, MOR, SOD) covering a broad range of chemical compositions were combined in the course of this study in order to determine the factors controlling the formation of the composites. Two approaches, a direct synthesis and a secondary growth after seeding of the core surface, were employed. The reactivity of the core surface and structural similarities of the zeolites building the composite were found to be of paramount importance for the direct unseeded synthesis. The factors controlling the composite formation via secondary growth were found to be: (i) the composition of the two counterparts; (ii) the stability of the core crystals in the synthesis media; and (iii) the rapid crystal growth kinetics of the shell. The synthesized core-shell composites are expected to show improved performance in the existing petrochemical processes and to open routes for new applications for zeolite materials

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Porcher, Marina. "Matériaux nanostructurés polymères conjugués/nanotubes de carbone verticalement alignés pour la réalisation de supercondensateurs." Thesis, Tours, 2016. http://www.theses.fr/2016TOUR4025/document.

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Abstract:

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont porté sur la réalisation de matériaux composites nanostructurés à base de nanotubes de carbone verticalement alignés (NTC alignés) et de polymères π-conjugués en vue de leur utilisation en tant que matériaux d’électrodes dans des dispositifs de stockage d’énergie de type supercondensateurs. Dans une première partie, les travaux se sont focalisés sur la croissance par CVD d’aérosol de NTC sur des substrats d’acier inoxydable via le dépôt préalable d’une sous-couche céramique SiOx. Grâce à l’optimisation de ce procédé, des tapis de NTC longs, denses et alignés pouvant directement servir de supports à l’électrodépôt de polymères π-conjugués ont pu être obtenus. Dans une seconde partie, les travaux se sont concentrés sur l’électrodépôt de poly(3-méthylthiophène) (P3MT) en milieu liquide ionique EMITFSI sur les tapis de NTC alignés à partir d’une méthode chronopotentiométrique « séquencée » permettant de réaliser des dépôts homogènes dans la profondeur des tapis. Une composition massique optimale de 70 % de P3MT permettant d’atteindre des capacitances spécifiques de 170 F.g-1 de polymère tout en conservant des cinétiques de charge-décharges élevées, comparativement à des composites NTC/P3MT enchevêtrés, a pu être déterminée. A partir des matériaux composites optimisés, des dispositifs symétriques NTC/P3MT // P3MT/NTC et hybrides CA // P3MT/NTC ont été assemblés. Le dispositif hybride à notamment permis d’atteindre une tension de 2,7 V et une capacitance de système de 26 F.g-1 en milieu EMITFSI à 25 °C. Par ailleurs, une énergie maximale de 23 Wh.kg-1 et une puissance maximale de 6,9 kW.kg-1 ont été obtenues avec une perte de seulement 7 % après 4000 cycles. Pour finir, l’électrodépôt de polypyrrole (Ppy) a été étudié dans différents milieux liquides ioniques protiques et aprotiques. Après des études réalisées par microbalance à cristal de quartz permettant de mieux comprendre les mécanismes d’insertion des espèces ioniques lors de la croissance du polymère conjugué et lors de son dopage positif réversible, des dépôt de Ppy ont été réalisés et optimisés dans la profondeur des tapis de NTC alignés. Des nanocomposites NTC alignés/Ppy présentant des capacitances spécifiques comprises entre 100 et 130 F.g-1 ont ainsi pu être obtenus
This thesis focused on the elaboration of nanostructured composite materials based on vertically aligned carbon nanotubes (aligned CNT) and π-conjugated polymers and their use as electrode materials in supercapacitor-type energy storage devices. The first part focused on aligned CNT growth by aerosol-assisted CVD on stainless steel substrates and the deposition of a SiOx ceramic sublayer. Thanks to the optimization of this growth process, long, dense, and aligned CNT carpets which can directly act as support for the electrodeposition of π-conjugated polymers were obtained. The second part focused on the electrodeposition of poly (3-methylthiophene) (P3MT) in EMITFSI ionic liquid medium on aligned CNT carpets using a “pulsed” chronopotentiometric method to produce homogeneous deposits in the depth of the carpets. An optimal P3MT mass composition of 70 %, which helped achieve a specific capacitance of 170 F.g-1 of polymer while maintaining high charge-discharge kinetics, compared with NTC/P3MT entangled composites, was determined. NTC/P3MT // P3MT/NTC symmetrical devices and CA // P3MT/NTC hybrid devices were assembled using the optimized composite materials. The hybrid device reached a voltage of 2.7 V and a system capacitance of 26 F.g-1 in EMITFSI at 25 ° C. Furthermore, a maximum energy of 23 Wh.kg-1 and a maximum power of 6.9 kW.kg-1 were obtained with only a 7 % loss after 4000 cycles. Finally, the electrodeposition of polypyrrole (Ppy) was investigated in different protic and aprotic ionic liquids. After quartz crystal microbalance studies in order to better understand the insertion mechanisms of ionic species during conjugated polymer growth and during its reversible positive doping, the electrodeposition of Ppy within the deepness of the aligned CNT carpets was optimized. Aligned CNT/Ppy nanocomposites with specific capacitances ranging between 100 and 130 F.g-1 were obtained

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Semaan, Chantal. "Polymères nanostructurés à base de nanotubes de carbone." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14187/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse concerne l’étude de dispersions de nanotubes de carbone (NTC) dans une matrice polymère afin d’obtenir des matériaux nanocomposites avec des propriétés améliorées. Dans la première partie, nous nous sommes intéressés à l’enrobage des NTC par des copolymères à blocs amphiphiles afin de faciliter la dispersion en solution aqueuse. L’influence de la structure chimique, de la composition et de la masse molaire des copolymères sur les propriétés a été étudiée. Dans une deuxième partie, l’incorporation des NTC dans une matrice polymère a été développée. Des procédés par voie aqueuse et par voie fondue ont été choisis afin de contrôler la répartition des NTC dans une matrice modèle de polyoxyde d’éthylène ainsi que dans des de polyéthylène ou de polyméthacrylate de méthyle. L’étude des propriétés physiques, notamment rhéologiques et électriques des nanocomposites à renfort de nanotubes a été réalisée. Ainsi les relations entre l’état des dispersions, la nature de l’enrobage et le mode d’élaboration des composites ont été établies
This work is concerned with the study of carbon nanotubes (CNT) dispersions in a polymer matrix in order to obtain nanocomposite with unique properties. In the first part, we investigated the CNT wrapping by amphiphilic block copolymers to facilitate their suspension in aqueous solution. Based on the results, we could assess the effect on CNT dispersion quality of the molar mass of copolymers, the nature of the hydrophobic block and the length of hydrophilic block. In the second part, the incorporation of CNTs in polymer matrix was developed. Water or melt processing were chosen to control the distribution of CNTs in various polymer matrices (Polyethylene oxide, polyethylene and polymethyl methacrylate) through a prior wrapping of CNT. The studies of physical properties, including rheological and electrical properties, of nanocomposites were undertaken. Relationships between the state of dispersion, the nature of the coating and the method of preparation of composites were established

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Timperman, Laure. "Matériaux electrocatalytiques nanostructurés pour la réduction de l'oxygène moléculaire et tolérants aux polluants." Poitiers, 2010. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2010/Timperman-Laure/2010-Timperman-Laure-These.pdf.

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Abstract:

Des composites oxyde/carbone (TiO2/C et WO3/C) ont été préparés par voie sol-gel dans le but d'être utilisé comme substrats pour le dépôt de nanoparticules de platine ou de chalcogénures de ruthénium (RuxSey). La synthèse du TiO2 dans la matrice du carbone permet d'oxyder d’avantage le carbone à cause d'une interaction chimique importante. Les matériaux catalytiques ainsi préparés sont ensuite évalués pour leur activité pour la réaction de réduction du dioxygène, pour la cathode d'une pile à combustible. Le dépôt des nanoparticules métalliques sur les supports oxyde/carbone a été fait par photo-déposition utilisant le rayonnement UV pour générer des électrons à la surface de l'oxyde et ainsi réduire le sel métallique, ce qui permet d'obtenir un dépôt sélectif du métal sur l'oxyde par cette méthode de synthèse, entrainant une forte interaction entre le métal et le métal de l'oxyde du composite. De plus, l'activité électrocatalytique des matériaux a été améliorée par rapport aux catalyseurs supportés sur carbone seul. La stabilité des catalyseurs ainsi que leur tolérance face à des molécules organiques, comme le méthanol ou l'acide formique (pour une utilisation en piles à combustible à méthanol, ou en piles sans membrane) ont également été étudiées
Oxide/carbon composites (TiO2/C and WO3/C) were prepared by sol-gel method to be used as catalysts substrates. The synthesis of TiO2 in the carbon matrix allows for a more important oxidation of carbon because of a strong “chemical” interaction. The catalysts activity was evaluated for the cathodic oxygen reduction reaction. Metallic nanoparticles were deposited onto oxide/carbon supports by photo-deposition using UV light to generate electrons at the oxide surface in order to reduce the metallic salt, allowing a selective deposition of the metal onto the oxide by this way of synthesis, leading a strong interaction between the metal end the metal of the oxide of the composite. Furthermore, the electrocatalytic activity of these materials was improved as compared to carbon supported catalysts. The catalysts stability and tolerance towards organic molecules, as methanol or formic acid (for alcohol fuel cells, or membrane less fuel cells) were also studied

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El, Moussawi Zeinab. "Matériaux composites nano-architecturés à base de nanotubes de carbone pour application photovoltaïque." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI095.

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Abstract:

L’utilisation des nanotubes de carbone (CNT) dans les cellules photovoltaïques (PV) se limitent à leur application comme électrodes ou comme dopant dans la couche active à cause de leur conductivité extrêmement élevée provocant des courts-circuits au sein de la cellule. Dans le cadre de cette thèse, nous avons proposé et validé un nouveau concept consistant à développer les SWNT comme matériaux actifs accepteurs alternatifs au PCBM (dérivé de fullerène) pour le photovoltaïque organique.Nous avons développé une voie de synthèse chimique basée sur la fonctionnalisation contrôlée des SWNT et la quantification de leur degré de fonctionnalisation. Ce nouveau concept permettra l’élaboration des SWNT « sur mesure » avec des conductivités et des propriétés optiques et électrochimiques modulables et adéquats avec les propriétés requise pour une intégration dans les dispositifs photovoltaïques en hétérojonctions avec les polymères pi-conjugués donneurs commerciaux.Il a été mis en évidence grâce aux caractérisations des propriétés finales des SWNT synthétisés que la conductivité, l’absorption dans l’UV-visible et les propriétés électrochimiques évoluent graduellement selon deux modes en fonction du degré de fonctionnalisation. De plus, la fonctionnalisation contrôlée des SWNT induit un effet dispersant permettant de faciliter leur intégration dans les dispositifs PV en utilisant les technologies de mise en œuvre par voie solvant existantes comme l’impression par jet d’encre ou roll-to-roll l’élaboration des couches minces par voie solvant. La preuve de ce concept a été validée grâce aux tests en cellules PV avec un polymère standard commercial P3HT et un polymère à faible gap optique synthétisé
Controlled modulation of intrinsic functional (absorption, band gap, conductivity) and physico-chemical properties (dispersability, solvent-processability) of CNTs could broaden up their application potential in nanotechnology. However, it has been an ambitious synthetic goal for more than a decade. In this work, we developed an efficient methodology to do so in a mastered manner on single-walled carbon nanotubes (SWNT). It involves the meticulous functionalization based on gradual formation of covalent aryl bonds. It was proven that, the intrinsic electrical conductivity, optical and electrochemical properties of the functionalized SWNTs could be gradually modulated in two steps depending on the functionalization degree. The so- controlled covalent functionalization was the basic synthetic technique to make SWNT easier to manipulate and tolerably soluble, with modulated electrical and electrochemical properties, so that the performances in photovoltaic cells were unusually appreciated. Unsorted functionalized SWNTs were employed in organic photovoltaic (OPV) cells as electron acceptors or dopants with commercial polymer (P3HT) and novel, synthesized low bandgap copolymer, respectively

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Basov, Sergey. "Nouvelles approches pour le design de composites multiferroïques nanostructurés de type (1-3)." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0007/document.

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Abstract:

Les matériaux multiferroïques sont des matériaux multifonctionnels qui possèdent simultanément des propriétés magnétiques et ferroélectriques. Les perspectives d’applications sont ainsi très nombreuses dans les domaines de l’électronique (mémoires, dispositifs spintroniques et hyperfréquences). Le nombre restreint de matériaux multiferroïques monophasés a conduit au développement de nanostructures multiferroïques artificielles constituées d'oxydes ferroélectriques et ferrimagnétiques. Ce travail de thèse est axé sur l'effet magnétoélectrique (ME), obtenu pour de telles hétérostructures via la contrainte, qui permet de manipuler la polarisation spontanée ou l’aimantation par l’application d’un champ magnétique (effet ME direct) et d’un champ électrique (effet ME converse) respectivement. Les effets ME peuvent être observés à température ambiante grâce aux effets d’interfaces et de contraintes dans les nanocomposites multiferroïques. La combinaison de matériaux piézoélectriques PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT), Ba0.7Sr0.3TiO3 (BSTO), BaTiO3 (BTO) et de matériaux magnétostrictifs CoFe2O4 (CFO) a été largement exploitée pour l’élaboration de nanocomposites multiferroïques. Les travaux issus de la littérature montrent l’existence d’un fort couplage magnétoélectrique à température ambiante dans des films minces épitaxiés (systèmes de connectivité 2-2), mais un verrou est l’effet de « bride » (clamping effect) induit par le substrat. La conception d'architectures innovantes est un défi dans le domaine des nanocomposites multiferroïques. Ce travail est axé sur les composites de type (1-3) au sein desquelles des nanostructures ferrimagnétiques CoFe2O4 unidimensionnelles (1) sont incorporées dans des couches tridimensionnelles PZT, BTO et BSTO (3). De nouvelles approches ont été envisagées pour concevoir trois types de matériaux: i) des réseaux de nanofils CFO unidirectionnels entourés de nanotubes PZT imprégnés dans des membranes d'alumine; ii) des nanopilliers CFO incorporés dans des couches minces de BTO, BSTO et PZT; ii) des réseaux de nanofils CFO interconnectés 3-D intégrés dans une matrice PZT. Nos principaux objectifs visent i) la maîtrise de l’étape d’oxydation des nanofils et des nanopilliers métalliques CoFe2 afin de contrôler la morphologie et la densité des nanostructures CFO, ii) le contrôle des caractéristiques diélectriques des nanocomposites, iii) l’augmentation du couplage magnétoélectrique en optimisant la densité d’interfaces entre les deux phases ferroïques.La première architecture développée est un dépôt par imprégnation sol-gel de nanotubes PZT dans des membranes d'alumine poreuses autosupportées, suivie d'une électrodéposition des nanofils CoFe2 dans les nanotubes PZT et de leur oxydation par traitement thermique. La deuxième architecture repose sur un dépôt par pulvérisation cathodique magnétron en radiofréquence de couches BSTO et BTO et sur un dépôt par sol-gel de couches PZT, sur des réseaux de nanopilliers CoFe2 et CoFe2O4 alignés verticalement sur des substrats Si. L'oxydation de CoFe2 est réalisée in situ lors du dépôt par pulvérisation cathodique de BSTO et BTO. Les réseaux de nanopilliers CoFe2 sont obtenus par électrodéposition dans des structures nanoporeuses en alumine anodisée qui sont ensuite dissoutes. La dernière architecture proposée est obtenue en combinant l'électrodéposition des nanofils CoFe2 dans des membranes polymères poreuses, et le procédé sol-gel. Les nanostructures PZT-CFO sont préparées par imprégnation sol-gel de couches épaisses PZT dans des réseaux de nanofils CoFe2 et leur oxydation simultanée au cours de la cristallisation des couches PZT.Une attention particulière a été accordée aux effets d’interfaces par le biais des études microstructurales et morphologiques des nanocomposites (XRD, HRSEM, TEM et EDX). Les caractérisations magnétiques, diélectriques, ferroélectriques et magnétoélectriques ont permis d’évaluer les performances des différents nanocomposites élaborés
Multiferroic materials including magnetoelectric materials that combine magnetic and ferroelectric orders have attracted great attention due to a possible strain-mediated coupling leading to potential applications in memories, sensors, detectors, spintronic and microwave devices. The number of single-phase multiferroic materials operating at room temperature being limited, we are exploring artificially designed multiferroic nanostructures consisting of ferroelectric and ferrimagnetic oxides. Current work is focused on strain-mediated magnetoelectric effect, which allows to generate a spontaneous polarization or magnetization by an applied magnetic field (direct ME effect) and electric field (converse ME effect) respectively. ME effects can be observed at room temperature through interface and strain interaction in two-phase multiferroic nanocomposites. The combination of piezoelectric materials PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT), Ba0.7Sr0.3TiO3 (BSTO), BaTiO3 (BTO) and magnetostrictive CoFe2O4 (CFO) materials have been intensively studied in multiferroic nanocomposites. The community has been able to demonstrate large magnetoelectric coupling at room temperature in epitaxial thin films, so called 2-2 connectivity system, but a key limitation in epitaxially grown thin films is a substrate imposed clamping effect limiting thin film’s strain. Designing innovative architectures is a challenge in the field of multiferroic nanocomposites. Our work is focused on vertically aligned multiferroic nanostructures, so called (1-3) connectivity nanocomposites, where one-dimensional ferrimagnetic CoFe2O4 nanostructures (1) are embedded into three-dimensional PZT, BTO and BSTO layers (3). New routes were considered to design three kinds of materials: i) vertically aligned CFO nanowire arrays surrounded by PZT nanotubes embedded into alumina membranes; ii) vertically aligned CFO nanopillar arrays embedded in thin BTO, BSTO and PZT layers supported on Si substrates; ii) 3-D interconnected CFO nanowire networks embedded in a thick PZT matrix. The objectives of the present work are to control the oxidation of metallic CoFe2 nanowires and nanopillars to control the morphology and density of CFO nanostructures, to control the resistivity and dielectric losses of the nanocomposites at the interface region, and to increase the magnetoelectric coupling of the multiferroic nanocomposites by increasing the interfacial surface area between the two ferroic phases.The first geometry we are developing is a deposition by sol-gel dip impregnation of PZT nanotube arrays into self-supported porous alumina membranes, followed by an electrodeposition and thermal oxidation of CoFe2 nanowire arrays within PZT nanotubes. The second architecture we are focusing on is a deposition by RF magnetron sputtering of BSTO and BTO layers and by sol-gel dip coating of PZT layers onto vertically aligned CoFe2 and CoFe2O4 nanopillar arrays supported on Si substrates. The CoFe2 oxidation is conducted in-situ during the BSTO and BTO sputter deposition. Free-standing CoFe2 nanopillar arrays are obtained by electrodeposition into anodized alumina nanoporous structures and chemical dissolution of alumina templates. The last geometry is prepared using a combination of electrodeposition into self-supported porous polymer membranes and sol-gel processes. The PZT-CFO nanostructures are prepared using impregnation of thick PZT layers into self-supported CoFe2 3D nanowire networks on Si substrates by sol-gel method and their simultaneous oxidation during PZT layers crystallization. Specific attention was focused on interfaces through microstructural and morphological evaluations of nanocomposites using XRD, HRSEM, TEM and EDS characterizations. The performances of the nanocomposites were evaluated using magnetic, dielectric, ferroelectric and ME measurements, an alternating gradient magnetometer, impedance analyser, PFM and the ME susceptometer operated inside PPMS were utilized, respectively

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Mallégol, Stéphane. "Caractérisation et application de matériaux composites nanostructurés à la réalisation de dispositifs hyperfréquences non réciproques." Phd thesis, Université de Bretagne occidentale - Brest, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004319.

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Abstract:

Aux fréquences micro-ondes, les ferrites sont caractérisés par une perméabilité tensorielle, représentative de leur anisotropie induite sous champ magnétique. Cette propriété spécifique est à l'origine du comportement non réciproque de dispositifs comme les circulateurs et les isolateurs. Les limitations des milieux ferrites (aimantation à saturation réduite, fortes températures de frittage lors de leur élaboration) conduisent cependant les laboratoires à étudier des matériaux s'y substituant. Pour pouvoir réaliser des fonctions hyperfréquences non réciproques optimisées à partir de tels matériaux, la mesure préalable de leur tenseur de perméabilité est requise sur une large bande de fréquences. L'originalité du travail présenté dans ce mémoire est double : - dans un premier temps, une technique de mesure non itérative des éléments (µ, k) du tenseur de perméabilité des milieux magnétiques, dans un état quelconque d'aimantation, a été développée. Elle est utilisable du continu jusqu'environ 6 à 7 GHz, selon le type de matériau testé. Outre la détermination analytique de (µ, k) en fonction des paramètres S de la cellule de mesure en ligne de transmission élaborée, son principal intérêt est de permettre d'étudier le matériau dans des conditions voisines de celles fixées par l'application en technologie planaire ultérieure (mesure « in-situ »), - à partir de cette technique de caractérisation expérimentale, les propriétés d'anisotropie induite de matériaux composites nanostructurés aimantés ont ensuite été démontrées puis ajustées pour mettre en œuvre un isolateur hyperfréquence à résonance. Les performances de ce dernier sont au moins comparables à celles des isolateurs à ferrites, pour une quantité de matière magnétique moindre.

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Barguet, Laurianne. "Contrôle acoustique et vibratoire de la mécano-synthèse des matériaux composites à matrice métallique nanostructurés." Thesis, Le Mans, 2015. http://www.theses.fr/2015LEMA1027/document.

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Abstract:

Lors de la synthèse des aciers ODS, la première étape consiste à réaliser un broyage actif, appelé mécano-synthèse, entre les matériaux de départ qui sont la poudre métallique et les renforts d’oxyde. Ce procédé peut se réaliser au moyen d’un broyeur à boulets, constitué d’une cuve cylindrique à l’intérieur de laquelle des billes en acier sont introduites. Le broyage résulte des combinaisons de chocs entre billes, poudre et paroi de la cuve, ce qui conduit à une évolution de la de la taille, de leur forme et de leur polydispersité. La première partie de cette thèse s’est attachée à élaborer un moyen de caractérisation de la poudre par des mesures ultrasonores. Une méthode qui consiste à sonder un échantillon de poudre métallique pour la mesure des paramètres acoustiques s’est avérée être adaptée pour la qualification de la poudre métallique en cours de broyage. Une dépendance des paramètres acoustiques avec les caractéristiques morphologiques du milieu a également été mise en évidence pour des échantillons granulaires. Dans une deuxième partie, l’optimisation du procédé par l’identification de la vitesse optimale de rotation de la cuve est recherchée dans un premier temps. Une mise en parallèle des signaux acoustiques et vibratoires en fonction de la vitesse de rotation de la cuve avec le mouvement des billes, montre que les énergies acoustique et vibratoire sont des indicateurs pouvant conduire à la vitesse de rotation optimale. Puis, il est montré comment des mesures acoustiques et vibratoires durant un broyage permettent de caractériser l’évolution de la nature des poudres et d’identifier la présence de colmatage de la poudre sur les parois de la cuve
During the ODS steel (Oxide Dispersion Strengthened) synthesis, the first stage consists in an active milling between original materials, which are metallic powder and oxide to obtain reinforced micro/nanoscale dispersions. This process, known as mechanical alloying, could be realized by balls milling composed by a cylindrical tank rotating around its main axis, within which steel beads are introduced. The grinding results from different combinations of collisions between beads and powders on the tank walls, that lead to morphological grain powder evolution (grain size and shape). The first part of this thesis proposes an ultrasonic method to characterize the metallic powder. An experimental method, which consists in acoustic probing for measuring linear acoustic parameters (longitudinal wave velocity and elastic modulus) of a slab of powder sample, appears to be suitable to follow different mechanical alloying stages. A dependence of the acoustic parameters on the morphological characteristics of metallic powder (grain shape and grain size distribution) is shown with the same sample preparation and the same confining pressure. In the second part, optimization process by identification of ball milling optimal rotation speed is researched in a first step. Correlation between acoustic or vibration signals and bead motion versus rotation speed, shows that acoustic and vibration energy are good indicators that can be used to find the optimal rotation speed. In a second step, acoustic and vibration measures are used to follow grain material properties evolution during a grinding (for a period of 176hrs) and to identify powder clogging mechanism on a milling tank

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Diebold, Morgane. "Systèmes composites organogélateurs/polymères semi-conducteurs : de la preuve conceptuelle aux matériaux nanostructurés pour l'électronique plastique." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAE002.

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L’amélioration des performances des dispositifs photovoltaïques organiques passe par le contrôle de la morphologie de leurs couches actives. Nous avons cherché à préparer une hétérojonction volumique donneur-accepteur nanostructurée en utilisant la nucléation hétérogène du poly (3-hexylthiophène) (P3HT, donneur) par des fibres d’organogélateurs à base de naphthalène diimide (NDI, accepteur). La première partie de ce travail présente l’étude des propriétés d’auto-assemblage d’organogélateurs à cœur NDI substitué par des groupements amides et des dendrons trialkoxyphényles. Nous avons évalué l’influence de la longueur de la chaîne flexible entre le cœur naphthalène et les groupements amides (2 liaisons C-C pour NDI2 et 4 pour NDI4) sur les propriétés physico-chimiques des organogélateurs. La seconde partie de ce travail met en évidence le polymorphisme du composé NDI2 en identifiant 4 polymorphes ainsi que leurs signatures optiques, spectroscopiques et structurales. Un diagramme de phase de l’état solide du NDI2 est proposé. La dernière partie de la thèse concerne l’élaboration de nano-composites donneur-accepteur entre les organogélateurs à cœur NDI et le P3HT. Le processus de formation en solution de ces nano-composites est analysé en suivant les cinétiques de cristallisation du P3HT par spectroscopie d’absorption UV-Visible et les morphologies obtenues (structures shish-kebab) par microscopie électronique en transmission. L’effet nucléant des organogélateurs sur le P3HT a été montré. Les études en cellules solaires des composés P3HT:PCBM : organogélateur ont prouvé que le rendement de conversion énergétique peut être augmenté en présence d’organogélateurs
Improving the performances of organic photovoltaic devices requires morphology control of the active layers. Highly nanostructured donor-acceptor bulk heterojunctions were prepared by heterogeneous nucleation of poly (3-hexylthiophene) (P3HT, donor) on naphthalene diimide organogelators fibers (NDI, acceptor). The first part of this work was dedicated to the self-assembly of NDI-core organogelators substituted by amide groups and trialkoxyphenyls dendrons. We evaluated the influence of the flexible chain between the naphthalene core and the amide groups (2 C-C bonds for NDI2 and 4 for NDI4) on the physico-chemical properties of the organogelators.The second part of this work focused on the polymorphism of NDI2 with identification of four different polymorphs with their optical, spectroscopic and structural signatures. A phase diagram of NDI2 in the solid state was determined. The last part of this manuscript concerns the fabrication of donor-acceptor nano-composites between NDI organogelators and P3HT. The formation process in solution of these nano-composites was analyzed by following the crystallization kinetics of P3HT by UV-Vis absorption spectroscopy and the thin film morphology (shish-kebab structures) by transmission electron microscopy. The nucleating effect of various organogelators on P3HT was demonstrated. Solar cells were made from the composites P3HT:PCBM : organogelator and their energetic conversion yield was shown to be increased in the presence of organogelators

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Patel, Stéphanie. "Nanotubes de carbone alignés sur supports carbonés : de la synthèse aux matériaux composites." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112296.

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Abstract:

Les matériaux composites présentent un intérêt dans des secteurs de pointe tel que l’aéronautique du fait de leurs propriétés. Dans le cas des composites à matrice organique renforcés par des fibres longues, les propriétés dépendent non seulement du renfort et de la matrice mais également de l’interface fibre/matrice (F/M). Ce mémoire fait état de travaux menés pour incorporer des nanotubes de carbone (NTC) alignés directement sur des fibres de carbone (FC) tissées de manière sécurisée afin d’élaborer un composite à matrice thermodurcissable et thermoplastique et d’évaluer l’effet des NTC introduits à l’interface F/M sur les propriétés électriques et mécaniques des composites. Pour cela, le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à partir d’aérosol mixte toluène/ferrocène a été développé pour la croissance de NTC alignés sur les FC, avec comme objectif la mise en place d’une procédure permettant d’éviter toute manipulation intermédiaire des produits. Il consiste à réaliser la synthèse de NTC en deux étapes successives qui sont le dépôt préalable d’une couche céramique de type SiO2 à la surface des fibres de carbone suivi de la croissance de NTC. Ce procédé a été ajusté pour permettre une croissance homogène de NTC alignés sur tissus de FC de taille suffisante pour permettre la préparation de matériaux composites. Les matériaux obtenus à l’issu de chacune des étapes ont été caractérisés en utilisant des techniques physico-chimiques complémentaires afin de comprendre le rôle de la sous-couche oxyde sur la croissance des NTC. Nous avons en particulier mis en évidence que cette dernière est modifiée lors de la croissance de NTC conduisant à la formation d’un oxyde mixte suite à l’incorporation de l’élément fer dans la sous-couche de type SiO2. Celle-ci joue alors le rôle de couche barrière de diffusion et permet une croissance de NTC alignés, denses et longs à la surface de substrats carbonés (carbone vitreux ou tissus de fibres de carbone). En outre, pour limiter les risques de dissémination de NTC dans l’atmosphère lors des manipulations des tissus de fibres recouverts de NTC pour l’élaboration des composites, nous avons réalisé une fonctionnalisation de surface des NTC afin d’encapsuler ces derniers sur le renfort fibreux. Enfin des mesures des propriétés mécaniques et électriques ont été réalisées sur les tissus présentant différents traitements et sur les matériaux composites incluant ces tissus
Because of their properties, composite materials have attracted considerable interests in advanced technology such as in aeronautic field because of their properties. In the case of organic composite reinforced with long fibres, the properties depend not only on the reinforcements and the matrix but also on the interface between the fibre and the matrix (F/M). This thesis deals with the work led to integrate securely aligned carbon nanotubes (CNT) directly on carbon fibres (CF) in order to assess their effects on electrical and mechanical properties at the F/M interface in thermosetting and thermoplastic composite. To include aligned CNT directly on carbon substrates, the catalytic chemical vapour deposition synthesis method of CNT has been developed which consists in carrying out the synthesis in two steps in the same synthesis equipment avoiding intermediate handling. First, a deposition of oxide ceramic layer based on SiO2 is performed followed by the growth of CNT. The process has been adjusted in order to achieve a homogeneous growth of aligned CNT along the carbon fibre cloth compatible with industrial requirement for composite elaboration. Each material obtained from the different steps has been characterized with complementary physical and chemical analysis techniques in order to understand the ceramic sub-layer role on the growth of CNT. In particular, it has been pointed out that during the growth of CNT the sub-layer is modified by the incorporation of iron in the ceramic layer based SiO2, leading to the formation of mixed oxide which plays the role of diffusion barrier layer resulting in the growth of aligned, dense and long CNT on carbon substrates (glassy carbon, carbon fibre cloth). Besides, to avoid the dispersion of CNT in the atmosphere during the handling step for the elaboration of composite, a surface functionalization of CNT has been performed to encapsulate them. Finally, electrical and mechanical properties have been measured on carbon clothes exposed to different treatments and on composites reinforced with these clothes

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Marcourt, Marjorie. "Étude de l’évolution de la conductivité électrique de matériaux composites sous déformations élongationnelles : application au thermoformage." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSE1097/document.

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Abstract:

Ces travaux constituent une étude approfondie se focalisant sur l'évolution des propriétés viscoélastique et électrique de composites à matrices thermoplastiques faiblement chargés en nanotubes de carbone. Un ajout suffisant de particules conductrices électriques entraine la formation d'un réseau percolant rendant le matériau conducteur électrique. Lors de l'écoulement du composite, la structure du réseau va fortement évoluer changeant ainsi les propriétés macroscopiques. Par exemple, le thermoformage d'une feuille de composite ayant initialement de bonnes propriétés électriques peut générer une pièce isolante.La majeure partie des études référencées dans la littérature se restreignent à l'analyse rhéologique de ces matériaux dans le domaine linéaire. C'est pourquoi, nous avons mis en place une toute nouvelle expérience. Celle-ci permet de mesurer simultanément la conductivité électrique d'une éprouvette lorsqu'elle est déformée en élongation à l'état fondu. Nous avons ainsi pu mettre évidence le lien étroit entre les variations de conductivité électrique avec la dynamique moléculaire du polymère et la vitesse de déformation. Il est désormais possible de décrire les variations de conductivité par le biais du nombre de Weissenberg, produit du temps de relaxation de la matrice et de la vitesse de déformation. De plus, nous avons montré qu'il était possible de réduire la concentration massique de NTC par ajout de nodules de polybutadiène sans impacter les conditions de mise en forme. Enfin, nous proposons un modèle qui permet de décrire les évolutions de conductivité électrique de composites subissant des déformations à l'état fondu, et ce, pour une gamme très large de conditions expérimentales
In this work we present a complete study of the electrical conductivity evolution of molten nano-composites under extensional deformation. The conductive polymer composites are a pure Polystyrene matrix filled with Carbon Nanotubes. The conductivity properties of the composites rely on the formation of a percolated network through the material. When the composite flows, the filler network can be disrupted, altering the conductivity of the composite. Thus, after a small deformation a moderately conductive composite can turn into an insulating material. From an applied viewpoint, for instance, the thermoforming of a composite sheet with good electrical properties can lead to an insulating finished part. In the literature, the studies mainly focus on the conductivity variation of molten composites under small shear deformation at low shear rates.This study aims at analyzing the microstructure evolution when the molten composite undergoes large deformation and especially in elongation. That is why we developed a new experiment that gives the possibility to monitor the specimen conductivity during its extensional deformation all the while recording the elongation stress. On the one hand, we highlighted a close relationship between the extensional conditions that are the specimen temperature and the extensional rate with the conductivity variation. Indeed, the conductivity variations can be described by means of the Weissenberg number that takes into account the polymer dynamics and the extensional rate. On the other hand, we have shown that the volume confinement of the filler, here achieved by the presence of polybutadiene nodules, gives the possibility to decrease the filler amount without impacting the process-ability of the composites. Finally, we propose a model that describes the conductivity evolution of CPC under extensional and planar flow. It links the structural evolution of the filler network to the macroscopic properties of the composite

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Berciaud, Stéphane. "Détection photothermique et spectroscopie d'absorption de nano-objets individuels : nanoparticules métalliques, nanocristaux semiconducteurs, et nanotubes de carbone." Bordeaux 1, 2006. http://www.theses.fr/2006BOR13278.

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Abstract:

Cette thèse décrit le développement de la technique d'Imagerie Photothermique Hétérodyne (PHI). Cette nouvelle méthode optique en champ lointain permet de détecter une grande variété de nano-objets individuels absorbants (nanoparticules métalliques jusqu'à 1. 4 nm de diamètre, nanocristaux semiconducteurs, nanotubes de carbone métalliques et semiconducteur,. . . )sur un fond "noir", avec un très bon rapport signal à bruit. Le signal photothermique a été caractérisisé expérimentalement sur des nanoparticules d'or individuelles. Les mesures obtenues sont comparées à des calculs analytiques issus d'un modèle électrodynamique. Etant donné que ce signal est directement proportionnel à la puissance absorbée, la méthode PHI ouvre la voie à des expériences de spectroscopie d'absorption à l'échelle du nano-objet individuel. Dans un premier temps, nous avons sondé la résonance plasmon de surface de naoparticules d'or individuelle de 5 à 33 nm de diamètre. Cette étude a abouti à l'observation d'effets de taille intrinsèques, analysés dans le cadre de la théorie de Mie. Nous avons ensuite mesuré les spectres d'absorption de nanocristaux individuels de CdSe en régime multiexcitonique. Pour un même nanocristal, la comparaison des spectres d'absorption photothermique et d'émission permet de discuter l'origine physique du signal photothermique. Enfin, nous avons caractérisé la structure de nanotubes de carbone semiconducteurs et métalliques individuels en analysant leurs spectres d'absorption autour de leurs premières résonances optiques.

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Combessis, Anthony. "Appport des nanotubes de carbone à la conduction électrique de matériaux organiques." Thesis, Grenoble, 2011. http://www.theses.fr/2011GRENI062.

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Abstract:

Ce travail de thèse propose, par une approche multi-échelles, une compréhension de certains mécanismes de constitution des réseaux percolants de nanotubes de carbone initialement dispersés au sein de polymères thermoplastiques. L'impact du phénomène de « percolation dynamique » sur les propriétés électriques d.c. et a.c. des nanocomposites a ainsi été étudié par l'établissement d'inter-relations entre l'organisation des charges et les propriétés résultantes. L'effet de cette auto-organisation des systèmes sur les paramètres critiques d.c. de la loi de percolation statistique sont discutés. Des origines à la percolation dynamique sont proposées et permettent d'envisager de nombreuses applications industrielles. A titre d'exemple, le contrôle sur plusieurs ordres de grandeur de la permittivité et de la conductivité est proposé, certaines valeurs n'étant pas accessibles avec les méthodes conventionnelles
The present thesis proposes a multi-scale understanding of some mechanisms that govern the genesis of percolating networks constituted with carbon nanotubes in thermoplastic polymers. The effect of "dynamic percolation" on the d.c. and a.c. electrical properties of the resulting nanocomposites was studied by means of the identification of the relationships between the filler organization and the use properties. The consequences of this controlled self-organization on the statistic percolation law d.c. critical parameters are discussed. Two possible origins of the dynamic percolation are proposed. From an applicative point of view, thermal treatments were applied to design new materials. The range of accessible permittivity and conductivity values is also discussed

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Sahraoui, Yosra. "Électrodes modifiées par des matériaux composites fonctionnalisés pour application capteurs et biocapteurs." Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10071.

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Abstract:

L'objectif de cette étude consiste à développer des électrodes modifiées à base des nanomatériaux à visées électroanalytiques. Pour ce faire, différentes méthodes de modification des électrodes ont été proposées à savoir la fonctionnalisation chimique, par adsorption et par électropolymérisation, en se servant des interactions électrostatiques et covalentes entre les surfaces des électrodes et les nanomatériaux (les nanoparticules magnétiques, les nanoparticules d'or, les polyoxométallates et les nanotubes de carbone). Les électrodes modifiées préparées ont permis de réaliser des dispositifs de détection (capteurs et biocapteurs) caractérisés par des performances analytiques intéressantes en termes de sensibilité et limite de détection. Des biocapteurs d'urée, à base d'électrodes semiconductrices, fonctionnalisées par des nanoparticules magnétiques portant l'enzyme uréase, ont permis d'obtenir de grandes sensibilités de détection de l'urée. Des capteurs chimiques pour la détection sensible de l'ion nitrite ont été obtenus en fonctionnalisant des électrodes de carbone vitreux et de diamant dopé au bore par des polyoxométallates. La combinaison de deux types des nanomatériaux (nanotubes de carbone et polyoxométallates hybrides) a permis l'obtention d'une structure originale qui présente les propriétés conductrices des nanotubes et électrocatalytiques des polyoxométallates. Ces structures originales ont permis la réalisation de biocapteurs enzymatiques de haute sensibilité pour la détection du glucose et du catéchol
The objective of the study consists in the development of modified electrodes, based on nanomaterials for electroanalytical applications. In this aim, different methods of modification of the electrodes have been proposed: chemical functionalization, adsorption and electropolymerization, using the electrostatic and covalent interactions between electrode surfaces and nanomaterials (magnetic nanoparticles, gold nanoparticles, polyoxometallates and carbon nanotubes). The prepared modified electrodes have allowed the obtaining of detection devices (sensors and biosensors) characterized for their interesting analytical performances in terms of sensitivity and detection limit. Urea biosensors, based on semi-conducting electrodes, functionalized with magnetic nanoparticles coated with urease enzyme, have allowed the sensitive detection of urea. Chemical sensors for the sensitive detection of nitrite ion have been obtained through functionalization of glassy carbon electrodes and boron doped diamond electrodes with polyoxometallates. The combination of both types of nanomaterials (carbon nanotubes and hybrid polyoxometallates) have allowed the obtaining of an original structure that presents conductive properties of nanotubes and electrocatalytic properties of polyoxometallates. These original structures have allowed the fabrication of enzymatic biosensors with a high sensitivity for the detection of glucose and catechol

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Guyard, Aurélien. "Rétention d'encre par des matériaux poreux nanostructurés : interaction de surface polymère/SiO2 et structure des composites formés." Thèse, Université du Québec à Trois-Rivières, 2004. http://depot-e.uqtr.ca/1931/1/000110365.pdf.

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Laurent, Fabrice. "Croissance de nanotubes de carbone sur des fibres de carbone : application aux matériaux composites." Thesis, Mulhouse, 2016. http://www.theses.fr/2016MULH7632/document.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse s’est inscrit dans le cadre du développement de la technologie flamme oxyacétylénique pour la synthèse de nanotubes de carbone (NTC) au Laboratoire de Physique et Mécanique Textile. La simplicité et l’originalité de ce procédé en font un candidat très sérieux pour envisager la mise en œuvre d’un pilote industriel pour la production de fibres de renforcement multidimensionnelles, notamment composées de fibres de carbone sur lesquelles ont cru de nanotubes de carbone. Ce travail a consisté à :- Réaliser une étude bibliographique sur les procédés de croissance de NTC,- Etablir la preuve de concept de la croissance des nanotubes sur des fibres,- Concevoir et réaliser un dispositif assurant une bonne maîtrise de la croissance,- Mettre au point le procédé de croissance sur des fibres,- Identifier les principaux paramètres influençant la qualité et la quantité des nanotubes,- Caractériser les nanotubes obtenus,- Faire croître ces nanotubes sur des fibres de carbone,- Intégrer des nouveaux matériaux multidimensionnels dans des matrices afin de réaliser des matériaux composites structurels,- Caractériser ces matériaux,- Décrire les mécanismes de croissance dans la flamme.Notre effort a porté sur le traitement des fibres avant exposition à la flamme et à évaluer les conditions de croissance des NTC en faisant varier notamment, la température d’exposition des fibres et la qualité des catalyseurs de croissance. Après synthèse des NTC sur les fibres de carbone et leur caractérisation nous avons réalisé des matériaux composites. Nous avons mesuré que les NTC améliorent significativement le module d’Young des composites mais altèrent sensiblement la contrainte à la rupture. Les propriétés électriques longitudinales et transversales sont améliorées d’un facteur 8 et 5 respectivement. Nous avons proposé des mécanismes de croissance des NTC. Ces mécanismes sont directement en relation avec propriétés physiques et chimiques des particules de catalyseur
The research presented in this work aims to develop the oxyacetylene flame method for the Carbon Nanotubes (CNT) synthesis at the Laboratory of Physics and Mechanics of Textiles. The simplicity and the degree of innovation of this process make of it a serious candidate for manufacturing a pilot in order to produce new kind of tridimensional material made of CNT having grew on carbon fibres. This work consisted of:- Make a bibliographic study,- Establish a proof of concept of the growth of CNT,- Design and manufacture a device allowing process control,- Setup the process of growth on the fibres,- Identify the main parameters influencing CNT quality and quantity,- Characterize CNT,- Assume the CNT growth on carbon fibers,- Integrate these multidimensional materials into an organic matrix to realize structural composite materials,- Characterize these materials,- Describe and explain the growth mechanism in the flame.First, we focused our work on the fibres chemical treatment before flame exposition to evaluate the NTC growth conditions by varying notably, the fibres exposition temperature and the quality of the catalysts. After, the NTC syntheses on carbon fibres (CF) was done. The multidimensional product was characterized par various examinations and analyses. Composite materials were molded with epoxy resin to evaluate mechanical properties of NTC-FC. Young’s modulus was increased and tensile strength at break decreased. Transverse and longitudinal electrical properties were increased by 500 to 800 % respectively. Finally, we proposed NTC growth mechanisms. They are directly linked to the chemical and physical catalyst particles properties

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Lin, Yueguo. "Comportement thermoélectrique de matériaux composites pour applications aéronautiques." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2013. http://www.theses.fr/2013ESMA0012/document.

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Abstract:

Les matériaux composites – de par leurs propriétés spécifiques élevées – sont l’une des classes de matériauxpermettant de fabriquer des structures aéronautiques plus légères pour une meilleure performance énergétique des aéronefs etune réduction conséquente des émissions de CO2. Les composites à matrice polymère renforcée par des fibres de carbone(CFRP) sont de plus en plus utilisés dans l’industrie aéronautique civile pour la réalisation de parties structurales, dontrécemment les panneaux de fuselage.L’intégration des CFRPs dans ces structures ne se fait pas sans difficultés : le fuselage – normalement soumis aux charges de lapressurisation – peut être soumis à des chocs/impacts, particulièrement dommageables pour les composites, et exposé àl’agression de l’environnement (température, humidité, liquides de refroidissement, …).Le fuselage est aussi le siège de sollicitations de nature électrique, telles que celles liées au retour de courant à la masse ou aufoudroiement : bien que des réseaux secondaires de câbles électriques et de grillages métalliques soient prévus afin de supporterces charges, l’action de courants de fuite, transitant à travers les jonctions boulonnées et rivetées, et les fortes différences depotentiel électrique dans l’épaisseur du fuselage, conséquences du foudroiement, peuvent activer le couplage thermoélectriqueet conduire à des échauffements localisés de ces structures. Les phénomènes liés à ce type de couplage peuvent êtreparticulièrement marqués dans les CFRPs – les matrices polymères étant électriquement et thermiquement quasi-isolantes, lecomportement thermoélectrique global du composite étant fortement anisotrope – et méritent d’être approfondis. L’intégrationde micro et nano charges – en particulier les nanotubes de carbone (NTCs) – dans les résines polymères ou à l’interfacefibre/matrice peut globalement améliorer ce comportement mais il s’agit d’une solution technologique qui nécessite encored’être explorée en détail.Ce travail est consacré à la caractérisation du comportement thermoélectrique anisotrope de matériaux CFRPs - chargés ou nonchargés en NTCs. Cette caractérisation comprend :· la mesure des valeurs de résistivité/conductivité électrique et de leur évolution avec la température,· la caractérisation des champs de température induits par le passage de courants électriques,· l’identification des paramètres pour la modélisation du comportement thermoélectrique de ces matériaux etpour l’interprétation des essais,· la caractérisation de l’effet d’un vieillissement humide sur les valeurs de résistivité/conductivité électrique ducomposite
Composite materials – since their high specific properties – are used recently to reduce the weight of aircraftstructures and to improve the performance engine in order to reducing the emissions of CO2. Composites of Carbon FibberReinforced Polymer matrix (CFRPs) are increasingly used in civil aviation industry for the production of structural parts:fuselage panels.Integrating CFRPs in the aeronautical structures has also some difficulties: the fuselage – generally subject to pressure of airflux – would be subjected also to shocks/impacts, particularly will be damaging for exposed to the aggressive environment(temperature, humidity, liquid cooling, ...).The fuselage is the principal structure to support the charge of electric current, such as those related to the electric current returnto ground or lightning : although the secondary networks of electrical cables and wires fences are provided to support thesecharges, the action of leakage currents, probably passer through bolted and riveted joints and because of the high differences ofelectrical potential between the surface of panels thickness, can activate the thermoelectric coupling and lead to localizedheating of these structures. Phenomena related to this type of coupling may be particularly remarkable in CFRPs – since thepolymer matrices is electrically and thermally quasi-insulates, for composite the thermoelectric behaviour is highly anisotropic– and need further research and investigation. The integration of micro and nano fillers – especially carbon nanotubes (CNTs) –in the polymer resin or in interface of fibber/matrix can improve the overall behaviour, but it is a technological solution that stillrequires be explored in detail.The aim of this work is to characterize the anisotropic properties of thermoelectric behaviour of materials CFRPs – charged oruncharged in CNTs. This characterization includes:· measurement of electrical resistivity/conductivity and their evolution with temperature,· characterization of the temperature fields induced by the passage of electric current,· identification of parameters for modeling the behavior of these thermoelectric materials and interpretation oftests,· characterization of the effect of moisture aging on the values of resistivity/conductivity of the composite

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Yang, Xiaofang. "Development of hybrid surface mechanical attrition treatment : formation of carbon and nitride nanomaterials." Troyes, 2009. http://www.theses.fr/2009TROY0009.

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Abstract:

Un procédé dénommé SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) a été développé pour la fabrication des structures nanocristallines à la surface des matériaux cristallins. Les propriétés mécaniques ainsi que les propriétés de diffusion avec une réactivité exceptionnelle sont nettement améliorées pour l’échantillon SMATé. Par conséquent, les métaux SMATés sont considérés pour la fabrication de nanomatériaux de carbone. Des échantillons en acier inoxydable (AISI 316L), Co, Ni et Ti SMATés ont été soumis au procédé CVD simple pour la synthèse des nanomatériaux de carbone. Les nanomatériaux de carbone sont obtenus en surface de ces échantillons. Ces produits sont caractérisés par MET, MEB, DRX et spectrométrie RAMAN, indiquant une présence de CNFs sur les échantillons SMATés en acier inoxydable 316 L, Co, Ti ainsi qu’une présence de CNFs et MWNTs sur Ni SMATé. Le mécanisme de la croissance de CNFs sur les métaux de transition traités par le SMAT a été illustré schématiquement. Les effets de différents paramètres sont ainsi discutés. La seconde partie de la thèse concerne un nouveau développement de la machine SMAT. Pour former une couche nanostructurée plus épaisse en surface de matériaux, un nouveau système de SMAT a été développé. Les échantillons en l’acier inoxydable 316 ont été traités sous traction et à haute température en utilisant le nouveau système de SMAT. Puis, ces échantillons ont été nitrurés par un procédé de nitruration assisté par plasma. Les échantillons ont été caractérisés par microscopie optique, DRX, nanoindentation, et la machine de micro-dureté
Since the development of the new technique SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment), great success has been achieved. The mechanical properties and the diffusion properties of materials treated by SMAT are greatly improved. Carbon nanomaterials such as carbon nanofibers (CNFs) and carbon nanotubes (CNTs) have attracted special attention due to their unique properties and potential application. Since the diffusion properties of materials have been improved after the SMAT process, a SMAT process followed by a CVD process, i. E. Hybrid SMAT, is tailored for synthesizing carbon nanomaterials in-situ on the surface of bulk metallic materials. 316L stainless steel, pure Co, pure Ni and pure Ti plate were subjected to hybrid SMAT process to synthesize carbon nanomaterials. The effects of main parameters are discussed. The products were investigated by SEM, TEM, XRD and RAMAN characterizations. Growth mechanism was proposed. The second part of work concerns the development of SMAT machine and the formation of nitride nanomaterials on bulk metallic materials. A new SMAT system that can provide various treating conditions was developed to form a thicker nanostructured surface layer. 316 stainless steel samples were subjected to the new system, treating under traction and under thermal stress respectively. The treated samples were investigated by optical micros-copy, XRD and nanoindentation. Treated samples were submitted to the nitriding process to form nitride nanomaterials. The nitride samples were investigated by optical microscopy and microhardness tester

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Livi, Sébastien. "Ionic liquids : multifunctional agents of the polymer matrices." Lyon, INSA, 2010. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2010ISAL0101/these.pdf.

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Abstract:

An excellent thermal stability, a low saturated vapor pressure, a no flammability, a good ionic conductivity and the different cations / anions combinations possible of ionic liquids are currently the focus of the research. Because of its various benefits, they are as a new alternative in the polymer science, and particularly in the field of the nanocomposites where their use is currently limited to the function of surfactant for the layered silicates. However, before claiming the status of an alternative, it is necessary to highlight the benefits of their use on the final properties of polymer materials. Initially, the objective of this work was to synthesize different ionic liquids by the nature of cation and anion, but all bearing with long alkyl chains to allow greater compatibility with the matrix. Then, the excellent intrinsic properties of ionic liquids have motivated their use as structuring agents in a fluorinated aqueous dispersion. Thus, their role in ionic agents on the morphology, physical, thermal and mechanical properties was studied. In a second part, ionic liquids have been used as agents intercalating layered silicates and then confronted with conventional surfactants in order to prepare thermally stable clays for the preparation of nanocomposite thermoplastic / clay. In the last section, a small amount of organically modified clays were introduced by melt intercalation in two different matrices in order to highlight the effects of these new interfacial agents on the final properties of the material
Une excellente stabilité thermique, une faible pression de vapeur saturante, une ininflammabilité, une bonne conductivité ionique ainsi que les différentes combinaisons cations/anions possibles font des liquides ioniques l'objet d'un engouement grandissant de la Recherche. De part ces avantages, les LI se présentent comme une nouvelle voie dans le domaine des polymères, et en particulier dans le milieu des nanocomposites où leur utilisation est essentiellement limitée à la fonction de surfactant des silicates lamellaires. Néanmoins, avant de pouvoir prétendre à un statut d'alternative, il est nécessaire de mettre en évidence les effets bénéfiques de leur utilisation sur les propriétés finales des matériaux polymères. Dans un premier temps, l’objectif de ce travail a été de synthétiser des liquides ioniques différents par la nature de leur cation et anion mais tous porteurs de longues chaînes alkyles afin de permettre une meilleure compatibilité avec la matrice. Ensuite, les excellentes propriétés intrinsèques des liquides ioniques ont motivé leur utilisation comme agents structurants dans une dispersion aqueuse fluorée. Ainsi, leur rôle d’agents ioniques sur la morphologie, les propriétés physiques, thermiques et mécaniques a été étudié. Dans une seconde partie, les liquides ioniques ont été utilisés comme agents intercalants des silicates lamellaires puis confrontés aux surfactants conventionnels dans le but de préparer des argiles thermiquement stables pour la préparation de nanocomposites thermoplastiques/argiles. Dans une dernière partie, une faible quantité de ces argiles organiquement modifiées ont été introduites par intercalation à l'état fondu dans deux matrices différentes afin de mettre en évidence les effets de ces nouveaux agents interfaciaux sur les propriétés finales du matériau

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Brun, Christophe. "Carbon nanotubes based nanopackaging dedicated to innovative high frequency interconnections." Limoges, 2013. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/c641e2f6-ac07-4af1-bef1-6f1cc829f7d0/blobholder:0/2013LIMO4042.pdf.

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Abstract:

Nanoelectronics applications will face limits imposed by physics laws, material properties, circuits and systems characteristics, assembly and packaging conditions. In this context, packaging will play a major role by providing an effective capability of complementing the nanometric device features to the circuit boards. Interconnecting the nanometric devices will be a major problem, especially on the global level. Assembly approaches are moving toward the system-level integration paradigm and new packaging technologies are proposed (3D system integration, wafer-level packaging, electro/optical integration). The conventional materials used in the classical packaging are expected to be inadequate in terms of thermal, mechanical and electrical performances. A possibility under investigation is the use of new materials in nanopackaging such as carbon nanotubes (CNTs), nanowires, nanoparticules and graphene (monoatomic layer of graphite). In this manuscript, CNTs (rolled-up sheets of graphene) are studied and revealed unique physical, electrical and thermal properties, which make them extremely attractive for many applications in the area of nanoelectronics. This new field of research concerns the use of nanomaterials applied to the packaging of electronics or photonic components. That can be for interconnect, thermal, mechanical, etc managements. In this manuscript, we will mainly focused on two main applications: interconnections based on CNTs for flip-chip technology and wireless interconnections using CNT monopole
A échelle nanométrique, les applications électroniques vont devoir faire face à des difficultés imposées par les lois physiques, les propriétés des matériaux, les caractéristiques des circuits et systèmes, l’assemblage et le conditionnement. Dans ce contexte, le packaging jouera un rôle majeur en fournissant les performances et l’efficacité nécessaires combinés aux composant nanométriques reliés à la carte mère. Les techniques d’assemblage se concentrent sur l’intégration au niveau système et de nouvelles technologies sont proposées (système 3D, packaging de substrats, intégration electro/optique). Les matériaux conventionnels utilisés pour le packaging seront ainsi inadaptés en terme de performances thermiques, mécaniques et électriques. Une des solutions actuellement à l’étude concerne l’utilisation de matériaux innovants tels que les nanotubes de carbone (NTCs), les nano-fils, les nanoparticules ou le graphène (monocouche de graphite). Dans ce manuscrit, les NTCs (feuille de graphène enroulée) vont être étudiés et vont révéler des propriétés physiques, électriques et thermiques uniques, ce qui leur apportent un certain intérêt pour le champ d’applications de l’électronique nanométrique. Ce nouveau champ de recherche concerne l’utilisation de nanomatériaux appliqués au packaging des composants électroniques et photoniques. Les applications sont diverses et variées entre les interconnections, la gestion thermique ou même mécanique. Dans ce manuscrit, nous nous concentrerons sur deux applications : les interconnections à base de nanotube de carbone utilisant la technologie flip-chip et les interconnections sans fils à base de monopoles composés de nanotubes de carbone

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Jia, Zixian. "Elaboration des matériaux composites nanostructurés Ag, Au/TiO² pour la dépollution des effluents gazeux avec une activation par plasma." Thesis, Paris 13, 2013. http://www.theses.fr/2013PA132050.

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Abstract:

Au cours de ce travail de thèse, nous avons développé un procédé plasma-catalyse d'élimination de l'acétaldéhyde en utilisant un processus diphasique couplant un catalyseur nano-structuré et a plasma à la pression atmosphérique. L’élaboration du catalyseur nanostructuré a été d'abord étudiée. Puis la performance de dégradation du polluant a été étudiée. Les nanoparticules monodispersées (titane-oxo-alcoxy) sont générées dans le réacteur de sol-gel avec micro-mélange turbulent et déposés sur des plaques de verre ou des billes de verre comme monocouches nanostructurées. Le dépôt de l'argent et de l'or est réalisé par la réduction des ions sous l’irradiation de UV-A. La cinétique de croissance photocatalytiques et de la morphologie des nanoparticules sont étudiés expérimentalement par les méthodes MET, MEB et AFM. Il est également intéressant de discuter du mécanisme de la formation des nanoparticules et d'évaluer son efficacité quantique. Les conclusions expérimentales sont supportées théoriquement par le calcul des spectres d'absorption. Ensuite l'efficacité du processus de couplage d'une décharge à barrière diélectrique et d’un lit fluidisé d'argent et d’or nanostructurés, pour la dégradation d'un polluant modèle (acétaldéhyde CH₃CHO), est étudiée. Dans la première partie, l'efficacité du procédé plasma seul est discutée, en termes de dégradation des polluants et de production de CO et CO₂. Dans la deuxième partie, la dégradation de CH₃CHO ainsi que la production COx sont étudié en fonction du temps de réduction photocatalytique d’Ag+ et d’Au³⁺ ions, qui est liée à la masse d'argent et d’or déposée. Les voies de dégradation des polluants, notamment la chimie homogène dans la phase de plasma et la chimie hétérogène sur la surface, sont discutées. Enfin, la production des sous-produits principaux est présentées et comparées entre les catalyseurs Ag et Au
During this Phd work, we have developed a plasma-catalytic process of acetaldehyde removal using a diphasic process coupling a nano-structured catalyst and an atmospheric pressure plasma. The elaboration of the nanoparticulate catalyst has been firstly studied. Then its performance coupling with plasma has been investigated. The monodispersed titanium-oxo-alkoxy nanoparticles are generated in the sol-gel reactor with turbulent micromixing and deposited onto glass plates or glass balls as monolayer nanocoatings. The silver and gold deposition is achieved by the ions reduction at UV-A light illumination. The photocatalytic growth kinetics and nanoparticle morphology are studied experimentally by the TEM, SEM and AFM methods. It’s also interesting to discuss the mechanism of the nanoparticles formation and evaluate its quantum efficiency. The drawn conclusions are supported theoretically through the calculation of the absorption spectra. Then the efficiency of the process coupling a dielectric barrier discharge and a fluidized nanostructured silver and gold based bed for the degradation of a model pollutant (acetaldehyde CH₃ CHO) is studied. In the first part, the efficiency of the plasma alone process is discussed, in terms of pollutant removal and CO and CO₂ production. In the second part, CH₃ CHO removal as well as COx production is studied as a function of the photocatalytic reduction time of Ag⁺ and Au³⁺ ions, which is related to the deposited silver and gold mass. The pollutant removal pathways, including homogeneous chemistry in the plasma phase and heterogeneous chemistry on the surface, are discussed. Finally, the production of main by-products is presented and compared between Ag and Au catalysts

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Rogier, Clémence. "Vers le développement d’un pseudocondensateur asymétrique avec des électrodes composites à base d’oxydes métalliques (MnO2, MoO3) et de carbones nanostructurés." Thesis, CY Cergy Paris Université, 2020. http://www.theses.fr/2020CYUN1098.

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Abstract:

Les supercondensateurs sont des systèmes de stockage de l’énergie destinés à des applications de nécessitant de fortes densité de puissance. Leur densité d’énergie peut être augmentée en développant de nouveaux matériaux d’électrode à forte capacitance. Dans cet objectif ces travaux décrivent le développement de matériaux composites à base de carbones nanostructurés (architectures avec des nanotubes de carbones et/ou de graphène oxydé réduit) et d’oxydes métalliques pseudocapacitifs (MnO2 et MoO3 pour les électrodes positive et négative respectivement). Les oxydes métalliques permettent de générer de fortes capacitances grâce à des réactions redox réversibles sur une large gamme de potentiels. La matrice carbonée nanostructurée induit une porosité et une conductivité des électrodes optimisées et assure le transport des ions et des électrons au sein des matériaux.L’électrode positive MnO2-rGO-CNTs est développée par pulvérisation des nanomatériaux carbonés directement sur le collecteur de courant avec un spray dynamique robotisé puis par croissance électrochimique de l’oxyde. Sa capacitance maximale est de 265 F/g. Dans une approche similaire, l’électrode négative MoO3-CNTs est développée, avec une capacitance maximale de 274 F/g. Les matériaux d’électrodes sont caractérisés par différentes techniques physicochimiques (microscopies, analyses de porosité, DRX, spectroscopies).Ces électrodes sont ensuite associées au sein d’un pseudocondensateur hybride asymétrique utilisant un électrolyte organique (LiTFSI/GBL) avec une tension de fonctionnement de 2V. Les performances de ce système en termes de densités d’énergie et de puissance ainsi que de stabilité électrochimique sont étudiées sur plusieurs milliers de cycles. La densité d’énergie maximale est calculée à 25 Wh/kg pour une densité de puissance de 0,1 kW/kg
Supercapacitors are energy storage devices for applications requiring high power densities. By developing new electrode materials with high capacitance energy densities can be enhanced. In that regard this work presents the development of composites materials associating nanostructured carbons (architectures with carbon nanotubes and/or reduced graphene oxide) and pseudocapacitive metal oxides (MnO2 and MoO3 for positive and negative electrodes respectively). Metal oxides generate high capacitances thanks to reversible redox reactions in a wide range of potentials. The nanostructured carbon matrix optimizes porosity and conductivity of the electrodes to ensure good ionic and electronic transport within the materials.First MnO2-rGO-CNTs is developed as a positive electrode using spray gun deposition of carbon nanomaterials before electrochemical growth of the oxide. The interest of these elaboration techniques lies in their easy large-scale implementation. Its maximum capacitance is measured at 265 F/g. In a similar approach MoO3-CNTs is developed as a negative electrode with a maximum capacitance of 274 F/g. The materials are characterized using different physicochemical methods (microscopy, spectroscopy, porosity analysis, XRD).These electrodes are then combined in an asymmetric hybrid pseudocapacitor in an organic electrolyte (LiTFSI/GBL) with an operating voltage window of 2V. The performances of this system in terms of energy and power densities as well as electrochemical stability were studied over several thousand cycles. The maximum energy density was found to be of 25 Wh/kg for a power density of 0.1 kW/kg

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Gu, Tang. "Modélisation multi-échelles du comportement électrique et élasto-plastique de fils composites Cu-Nb nanostructurés et architecturés." Thesis, Paris, ENSAM, 2017. http://www.theses.fr/2017ENAM0017/document.

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Les fils composites nanostructurés et architecturés cuivre-niobium sont de candidats excellents pour la génération de champs magnétiques intenses (>90T); en effet, ces fils allient une limite élastique élevée et une excellente conductivité électrique. Les fils Cu-Nb multi-échelles sont fabriqués par étirage et empaquetage cumulatif (une technique de déformation plastique sévère), conduisant à une microstructure multi-échelle, architecturée et nanostructurée présentant une texture cristallographique de fibres forte et des formes de grains allongées le long de l'axe du fil. Cette thèse présente une étude compréhensive du comportement électrique et élasto-plastique de ce matériau composite, elle est divisée en trois parties: modélisation multi-échelle électrique, élastique et élasto-plastique. Afin d'étudier le lien entre le comportement effective et la microstructure du fil, plusieurs méthodes d'homogénéisation sont appliquées, qui peuvent être séparées en deux types principaux: la méthode en champs moyens et en champs complets. Comme les spécimens présentent plusieurs échelles caractéristiques, plusieurs étapes de transition d'échelle sont effectuées itérativement de l'échelle de grain à la macro-échelle. L'accord général parmi les réponses de modèle permet de suggérer la meilleure stratégie pour estimer de manière fiable le comportement électrique et élasto-plastique des fils Cu-Nb et économiser le temps de calcul. Enfin, les modèles électriques prouvent bien prédire les données expérimentales anisotopique. De plus, les modèles mécaniques sont aussi validés par les données expérimentales ex-situ et in-situ de diffraction des rayons X/neutrons avec un bon accord
Nanostructured and architectured copper niobium composite wires are excellent candidates for the generation of intense pulsed magnetic fields (>90T) as they combine both high strength and high electrical conductivity. Multi-scaled Cu-Nb wires are fabricated by accumulative drawing and bundling (a severe plastic deformation technique), leading to a multiscale, architectured and nanostructured microstructure exhibiting a strong fiber crystallographic texture and elongated grain shapes along the wire axis. This thesis presents a comprehensive study of the effective electrical and elasto-plastic behavior of this composite material. It is divided into three parts: electrical, elastic and elasto-plastic multiscale modeling. In order to investigate the link between the effective material behavior and the wire microstructure, several homogenization methods are applied which can be separated into two main types: mean-field and full-field theories. As the specimens exhibit many characteristic scales, several scale transition steps are carried out iteratively from the grain scale to the macro-scale. The general agreement among the model responses allows suggesting the best strategy to estimate reliably the effective electrical and elasto-plastic behavior of Cu-Nb wires and save computational time. The electrical models are demonstrated to predict accurately the anisotropic experimental data. Moreover, the mechanical models are also validated by the available ex-situ and in-situ X-ray/neutron diffraction experimental data with a good agreement

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Palomar, Quentin. "Intégration de matériaux nanostructurés dans la conception et la réalisation de biocapteurs sans marquage pour la détection de cibles d'intérêt." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAV069/document.

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Abstract:

Le but principal de ces travaux de thèse fut la conception et la réalisation de biocapteurs par utilisation de méthodes de transduction sans marquage, comme la spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS), pour la détection de cible d’intérêts. Pour cela, différentes architectures moléculaires, spécifiques à la molécule d’intérêt ciblée, ont été développées afin de permettre la transduction du signal issu de la reconnaissance entre le biorécepteur et son substrat, et conduire ainsi à la détection de la cible.Les systèmes mis au point reposent sur l’intégration de nanomatériaux, tels que les nanotubes de carbones ou le disulfure de tungstène, pour assurer l'immobilisation de l'entité biospécifique à la surface du capteur. L’intérêt de ces matériaux est multiple puisqu’ils permettent une très forte augmentation de la surface spécifique du système et sont également mis à contribution lors de la fonctionnalisation de la surface de l’électrode. Un des grands défis rencontré dans le développement des biocapteurs étant la stratégie d'immobilisation de l'entité biospécifique sur la surface du capteur.Ces travaux se sont donc dans un premier temps intéressés à la réalisation et à la caractérisation de films minces de ces nanomatériaux ainsi qu’à leur transfert à la surface d’une électrode. Dans ce contexte, le but est de concevoir des bioarchitectures poreuses à base de polymères fonctionnels électrogénérés autour des nanostructures de carbone permettant la pénétration de grandes biomolécules comme des anticorps pour développer des immunocapteurs de haute performance.La seconde partie de ce travail s’est donc orientée vers la conception de biocapteurs par utilisation de ces différents matériaux. La fiabilité du procédé de la construction de ces nanostructures poreuses a été validée par la conception de systèmes immunologiques pour la détection de l’anticorps de l’antitoxine du choléra et l’anticorps de la toxine de la dengue.Enfin, un dernier biocapteur enzymatique, s’appuyant sur l’utilisation de nano-bâtonnets de disulfure de tungstène, a été développé. Ce dernier permet la détection de deux molécules d’intérêts, à savoir le catéchol et la dopamine, par utilisation de la polyphénol oxydase
The main purpose of this work was the design and the development of biosensors by using non-marking transduction methods, such as electrochemical impedance spectroscopy (EIS), for the detection of targets of interests. To this end, various molecular architectures have been developed to allow the transduction of the signal resulting from the recognition between the bioreceptor and its substrate, and thus lead to the detection of the target.The systems developed are based on the integration of nanomaterials, such as carbon nanotubes or tungsten disulfide, to ensure the immobilization of the biospecific entity at the surface of the sensor. The advantages of these materials are multiples, since they allow a very large increase in the specific surface area and are also used in the functionalization of the surface of the electrode. Indeed, one of the major challenges encountered in the development of biosensors is the strategy involved in the immobilization of the biospecific entity on the surface of the sensor.This work was initially interested in the realization and characterization of thin films of these nanomaterials as well as their transfer to the surface of an electrode. In this context, the aim is to design porous bioarchitectures based on electrogenerated functional polymers around carbon nanostructures allowing the penetration of large biomolecules such as antibodies to develop high-performance immunosensors.The second part of the work was oriented towards the design of biosensors using these different materials. The reliability of the process has been validated by the design of immunological systems for the detection of the anti-cholera toxin antibody and dengue toxin antibody.Finally, a last enzymatic biosensor, based on the use of tungsten disulfide nano-sticks, has been developed. The latter allows the detection of two molecules of interest, catechol and dopamin, by the use of polyphenol oxidase

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Girault, Baptiste. "Etude de l'effet de taille et de structure sur l'élasticité de composites W/Cu nanostructurés en couche mince." Poitiers, 2008. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2008/Girault-Baptiste/2008-Girault-Baptiste-These.pdf.

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Les lois régissant le comportement mécanique des matériaux cristallins présente une forte dépendance à la microstructure de ces derniers, et notamment, à la taille des cristallites lorsqu’ils atteignent l’échelle nanométrique. Le contrôle de la structuration des échantillons est assuré par la stratification de matériaux immiscibles, tungstène et cuivre, de réponse mécanique élastiquement isotrope et anisotrope, respectivement. La caractérisation des films réalisés par dépôts en phase vapeur a été réalisée par analyse combinée de clichés de microscopie électronique et données de diffraction et diffusion des rayons X. L'instrumentation alors mise en oeuvre afin d'accéder à la réponse élastique est la traction in situ de films minces de type composite W/Cu supportés, couplée à la diffraction des rayons X. Ce travail de recherche témoigne de la forte complémentarité entre les caractérisations microstructurales de microscopie électronique et de diffraction des rayons X, nécessaires à l'interprétation des résultats des essais de traction in situ, notamment en termes de modélisation. Il a ainsi pu être mis en évidence le caractère dispersoïde des fines couches de cuivre déposées et ainsi qu'une répartition particulière des orientations préférentielles au sein des couches de tungstène, <110> et <111>. Les résultats obtenus sur composites W/Cu à dispersoïdes quasi-isotrope de cuivre et lamellaires ont très clairement révélé un effet de structure et de taille sur les sous-couches de tungstène. Une étude plus approfondie du domaine élastique au sein de composites lamellaires a non seulement révélé que son étendue présentait une forte dépendance aux contraintes résiduelles, mais aussi que l'apparition des dislocations au sein des couches de cuivre entraînait un transfert de charge vers les couches de tungstène, conduisant à la fissuration en mode II
The mechanical behavior of crystalline material has a high dependence on its microstructure, notably when crystallite size reaches the nanometer scale. Crystallites size is controled by the stratification of thermodynamically immiscible materials, namely tungsten and copper, isotropic and anisotropic elastically, respectively. Thin films were deposited by physical vapor deposition and their characterizations were carried out combining electron microscopy and X-ray diffraction and diffusion. In situ tensile testing combined with X-ray diffraction on supported composite W/Cu have been used to get insight into sample mechanical behavior. This work emphasises the strong complementarity between electron microscopy and X-ray diffraction analyses on microstructure characterizations, required to interpret and model tensile testing results. Theses analysis have revealed that very thin copper layers arrange as dispersoïds and that a particular crystallographic orientation distribution within tungsten layers appear as <110> and <111>. The results obtained on quasi-isotropic copper dispersoïds and laminated W/Cu composites have clearly revealed structure and size effects in tungsten sub-layers. A more detailed study of the elastic domain of laminated composite has not only revealed a strong dependence on residual stresses, but also an uppermost dislocation appearance within copper layers leading to a load transfer on tungsten layers, leading to mode II crack apparitions

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Flahaut, Emmanuel. "Synthèse par voie catalytique et caractérisation de composites nanotubes de carbone - métal - oxyde. Poudres et matériaux denses." Toulouse 3, 1999. http://www.theses.fr/1999TOU30196.

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Les nanotubes de carbone (ntc) ont ete decouverts en 1991 par iijima. La reduction selective de solutions solides d'oxydes (al 2 2 xfe 2 xo 3, mg 1 ym yal 2o 4 et mg 1 zm zo avec m = fe, co, ni ou alliages) par des melanges h 2ch 4 nous a permis d'obtenir des particules metalliques nanometriques a temperature elevee sur lesquelles la decomposition catalytique de ch 4 permet la formation de ntc. Des poudres composites ntc-m-oxyde sont ainsi preparees. L'etude des parametres de synthese est basee sur une caracterisation macroscopique s'appuyant sur des mesures de surfaces specifiques, correlee a des observations en microscopie electronique. Nous avons montre que les ntc se forment lors de la montee en temperature, a partir de 850\c. Les ntc prepares sont pour la plupart mono ou bi-feuillets et leurs diametres internes sont compris entre 0,8 et 6 nm. Seules les particules suffisamment petites ( 6 nm) conduisent a des ntc. Ceux-ci sont generalement regroupes en faisceaux dont le diametre est inferieur a 50 nm et dont la longueur peut depasser 100 m. Des ntc isoles ont ete obtenus par traitement acide de la poudre ntc-co-mgo mais une partie des particules de cobalt subsiste, encapsulees dans des couches de graphene. L'oxydation menagee de la poudre, prealablement au traitement acide, permet d'augmenter la teneur en carbone jusqu'a 94% at. Des composites massifs ont ete prepares par frittage sous charge, et par extrusion a chaud dans le but d'aligner les ntc. L'extrusion est facilitee par la presence de metal, et plus encore par la presence conjointe de metal et de ntc. Ces derniers conferent aux composites une conductivite electrique de l'ordre de 1 s. Cm 1. L'effet d'alignement des ntc dans les echantillons extrudes est verifie par une anisotropie de conductivite electrique. Les caracteristiques mecaniques (charge a la rupture et tenacite) des composites incluant des ntc sont comparables a celles des composites n'en contenant pas, bien que leur densification soit jusqu'a 10% plus faible.

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El, Sawi Ihab. "Dispersion de nanotubes de carbone et intégration de la fonction de conductivité électrique dans les matériaux composites structuraux." Toulouse 3, 2010. http://thesesups.ups-tlse.fr/897/.

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Abstract:

Un procédé de dispersion des NTC dans l'eau puis dans une matrice époxy en présence de molécules amphiphiles est proposé ici. Le mélange NTC/Epoxy a fait l'objet d'une étude de cinétique de réaction et rhéologie. Le mode de conduction électrique des composites NTC/époxy en fonction de la fréquence et la température est déterminé. Une étude Thermomécanique Dynamique du composite NTC/Epoxy montre que module de cisaillement augmente avec le taux de NTC pour des températures supérieures à la Tg de la matrice. La dernière partie est dédiée à l'élaboration et caractérisation de stratifiés composites NTC/fibres de carbone/époxy. La conductivité électrique des stratifiés est améliorée par la présence de NTC. Enfin, les NTC ont permis d'améliorer de 30% le taux de restitution d'énergie (GIC)
A process of dispersion of Double-Welled Carbon Nantubes (DWCNTs) assisted with amphiphilic molecules in water then in an epoxy matrix is proposed here. The DWCNTs/Epoxy mixtures were subject to reaction kinetic and shear flow study. The electrical conductivity of the DWCNTs/epoxy composites according to the frequency and the temperature is analysed. Dynamic Mechanical Analysis of the DWCNTs/Epoxy composites shows increasing of elastic shear modulus with DWCNTs content for temperatures higher than Tg of the matrix. The last part is dedicated to the development and characterization of composite laminates DWCNTs/Carbon fibres/Epoxy resin. The electric conductivity of the laminates is increased by the presence of DWCNTs and the DWCNTs improve the (GIC) by 30% compared with laminates made without DWCNTs

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Mdarhri, Ahmed. "Propriétés électromagnétiques de matériaux hétérogènes : approche expérimentale et modélisation." Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13372.

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Abstract:

Ce travail présente, tout d'abord, l'étude des propriétés électriques (conductivité, permittivité) d'une matrice thermoplastique contenant du noir de carbone. Nous mettons en évidence les facteurs influençant ces propriétés en continu, basses fréquences et en micro-ondes à l'aide des techniques de spectroscopie diélectrique dynamique. L'influence de déformations mécaniques uniaxiales sur la permittivité en micro-ondes a été étudiée. Ensuite, les effets de la nature de la matrice et de l'arrangement spatial des nanotubes de carbone multiparois NTC sur les propriétés électriques des composites époxyde/NTC et latex/NTC ont été abordés. Les théories de la percolation et du milieu effectif sont utilisées pour décrire les mécanismes de tansport électronique dans ces composites.

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Lozay, Quentin. "Conception et caractérisations de matériaux composites nanostructurés à hautes propriétés barrières. Etude films multinanocouches de PE et PA6 chargés de montmorillonite." Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMR012.

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Abstract:

Les polymères sont utilisés dans de très nombreux secteurs d’activités tels que l’emballage, l’automobile, … car sont dotés de bonnes propriétés mécaniques, thermiques et barrières. Les enjeux économiques et environnementaux poussent le développement vers des matériaux plus performants et allégés. L’objectif de ce travail de thèse visait l’élaboration de films composites multicouches à base de polyéthylène (PE) et de polyamide (PA6) offrant de hautes propriétés barrières aux gaz et à l’eau. Un procédé de coextrusion équipé d’éléments multiplicateurs a permis de réaliser des multicouches de 100 μm d’épaisseur contenant jusqu’à 2049 couches. Deux séries de films PE-liant-PA6 de compositions différentes ont été étudiées. Des argiles (montmorillonites modifiées) ont été incorporées (à 0,5 et 5 wt%) dans les couches alternées de PE et PA6. Les propriétés structurales, thermiques, mécaniques de ces multicouches ont été corrélées aux propriétés de transport. Nous avons observé des effets de confinements sur la nanostratification des films et la cristallinité des polymères et l’impact sur les propriétés barrières. Nous avons montré la complexité des structures multinanocouches impliquant les interphases ainsi que la complexité des mécanismes de transfert. Le modèle en série de prédiction de perméabilité a mis en évidence des améliorations significatives des propriétés barrières aux gaz des couches confinées de PE mais pas à l’eau. L’effet barrière sur l’ensemble des multicouches a été toutefois limité en raison des orientations « on edge » des phases cristallines et des défauts de structure. Le confinement des nanocharges (à 1% v/v) dans les couches de PA6 a permis d’accroître les propriétés barrières des multicouches
Polymers are used in many fields such as packaging, automotive, etc. as they have good mechanical, thermal and barrier properties. Economic and environmental challenges are driving development towards more efficient and lighter materials. The aim of this thesis work was to develop multilayer composite films based on polyethylene (PE) and polyamide (PA6) with high gas and water barrier properties. A coextrusion process with multiplier elements made it possible to carry out 100 μm thick multilayers containing up to 2049 layers. Two series of PE-binder-PA6 films of different compositions were studied. Clays (organo-modified montmorillonites) were incorporated (at 0.5 and 5 wt%) into the alternating layers of PE and PA6. The structural, thermal and mechanical properties of these multilayers have been correlated with the transport properties. We observed confinement effects on nanostratification of films and crystallinity of polymers and the impact on barrier properties. We showed the complexity of the multinanolayer structures involving interphases as well as the complexity of the transfer mechanisms. The serial model for predicting permeability highlighted significant improvements in the gas barrier properties of confined PE layers but in water. The barrier effect on all of the multilayers was, however, limited due to the “on edge” orientation of the crystalline phases and structural defects. The confinement of nanofillers (at 1% v/v) in PA6 layers has made it possible to increase the barrier properties of multilayers

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Fragneaud, Benjamin. "Synthesis and characterization of polymer/carbon nanotubes composites : impact of polymer grafting on the surface of CNx MWNTs on the electrical and mechanical properties of the nanocomposites." Lyon, INSA, 2006. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2006ISAL0124/these.pdf.

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Abstract:

New hybrid materials from the grafting of polystyrene on the surface of nitrogen doped carbon nanotube were synthesized. These chemically modified nanotubes were further used in the fabrication of polymer based nanocomposites. In these works, we studied the impact of the polymer grafted nanotubes on the electrical and mechanical properties of a polystyrene (PS) and a poly (butadiene-co-styrene) (PSBS) matrices. The grafted nanotubes have a better dispersion in a PS matrix as compared to the as received ones. Nevertheless, this kind of functionalization does not lower the percolation threshold since the grafted polymer layer electrically isolates the nanotubes each others. On the other hand, the mechanical reinforcement (PS matrix) increases when the nanotubes are polymer grafted. Furthermore, a stronger mechanical reinforcement is observed for large strain deformation. Concerning the nano-structured PSBS matrix, we observed a stronger mechanical reinforcement as compared to the PS matrix. The PS grafted nanotubes permit to connect the PS nano-domains of the matrix and consequently forms a percolating rigid network with a very low threshold (PC<0. 05 vol. %)
ADes nouveaux matériaux hybrides, provenant du greffage de polystyrène à la surface de nanotubes de carbone dopés azote (CNx MWNTs) ont été synthètisés et utilisés dans l’élaboration de nano-composites à matrice polymère. Dans ces travux de recherche nous avons étudiés l’impacte de ces nanotubes de carbone greffés polystyrène sur les propriétés mécaniques et électriques de matrices polystyrène (PS et poly (butadiène-co-styrène) (PSBS). Les nanotubes greffés ont une meilleure dispersion dans une matrice de polystyrène que les nanotubes sans traitement chimique. Cependant, ce type de fonctionnement ne permet pas de baisser le seuil de percolation électrique, puisque le greffage tend à isoler électriquement les nanotubes. Par ailleurs, nous avons observé une sensible augmentation de l’effet de renfort mécanique de la matrice PS quand les tubes sont greffés ; particulièrement quand les composites sont soumis à de grandes déformations. Dans le cas particulier d’une matrice nano structurée comme le PSBS, nous avons observé un effet de renfort mécanique beaucoup plus important quand les nanotubes étaient greffés. En effet, la couche de PS à la surface des CNx MWNTs connecte les domaines de PS du copolymère, permettant l’apparition d’un réseau percolant rigide avec un seuil de percolation très bas (PC <0. 05 vol%)

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Charlon, Sébastien. "Elaboration et caractérisation de nouveaux systèmes nanocomposites à propriétés de transport contrôlées. Impact d'un nouveau procédé de mise en oeuvre." Rouen, 2015. http://www.theses.fr/2015ROUES011.

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Abstract:

Depuis plus d'une décennie, la prise de conscience des problèmes environnementaux liés à la production de déchets plastiques a conduit à une politique de réduction de l'utilisation d'emballages plastiques et de développement de matériaux biodégradables. Dans l'optique de rendre ces matériaux compétitifs face aux polymères usuels (PE, PP, PET, etc. ), l'incorporation de nanocharges dans une matrice polymère par des procédés industrialisables est une approche des plus prometteuses. En effet, l'ajout de nanocharges inorganiques telles que les argiles de type montmorillonite permet souvent d'améliorer les performances barrière des polymères. A travers cette étude, des composités à matrice biodégradable de Poly(Butylène Succinate) (PBS) et de Poly(Butylène Succinate-co-butylène Adipate) (PBSA) chargés de montmorillonite de type Cloisite Na+ ou Cloisite 30B ont été élaborés à partir d'un procédé d'extrusion avec injection d'eau liquide sous forte pression et haute température au sein de la matière fondue au niveau du fourreau de l'extrudeuse. Les granulés composites obtenus ont été transformés en films par thermo-compression ou par extrusion-calandrage. Les cinétiques de perméation ont révélé des variations de propriétés barrière selon le procédé de mise en forme ainsi que selon la matrice polymère utilisée. Ces résultats ont été interprétés sur la base des données structurales (ACD, DRX) et d'observations par microscopie (MET) en établissant des corrélations avec les degrés de dispersion et d'exfoliation des charges dans les matrices polymères, les degrés de cristallinité et les fractions de phase amorphe rigide (RAF) des bio-polymères
During the last decades, a waste-reduction program, specifically for plastic packaging, was promoted due to environmental drawbacks with the development of biodegradable polymers. However, barrier properties of these biodegradable materials must be often improved to be competitive with common polyolefins (PE, PP, PET, etc. ). In this objective, the incorporation of nanofillers using industrializable processes seems to be a promising approach. Indeed, the introduction of inorganic nanofillers like clays (montmorillonite) into a polymer matrix often increased barrier properties of the polymer matrix. In this study, composites were prepared from biodegradable matrices such as Poly(Putylene Succinate) (PBS) and Poly(Butylène Succinate-co-butylène Adipate) (PBSA) loaded with Cloisite Na+ or Cloisite 30B. An extrusion process was applied with the use of liquid water injection under high pressure and high temperature into thermo-moulding or extrusion-calandaring processes. Kinetic permeation revealed changes in barrier properties as function of the elaboration process or the polymer matrix used. These results were explained from structural charectirizations (DSC, XRD) and microscopy observations (TEM) in order to correlate barrier peoperties to the dispersion and exfoliationlevels of fillers into the polymer matrices, to the degrees of cristallinity and to the rigid amorphous fractions (RAF) of the bio-polymers

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Lognone, Quentin. "Optimisation des propriétés thermoélectriques des matériaux de la famille Bi2Te3-xSex pour applications en pompe à chaleur à température ambiante." Caen, 2014. http://www.theses.fr/2014CAEN2060.

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Abstract:

Cette thèse a pour sujet d’étude les matériaux de la famille Bi2Te3-xSex pour applications thermoélectriques, et plus particulièrement l’optimisation de leurs propriétés à la température ambiante. Elle est composée de cinq chapitres. Le premier consiste en une description des phénomènes thermoélectriques ainsi qu’en un état de l’art de notre famille de matériaux. Le second chapitre exposera les différentes techniques de mise en œuvre et de caractérisation de nos échantillons. Les résultats obtenus seront décomposés dans les trois derniers chapitres en suivant trois axes principaux. Le premier d’entre eux sera une étude de texturation du matériau et comment celle-ci influe sur ses propriétés. Un axe de dopage sera ensuite introduit et finalement, c’est l’étude de la nanostructuration de notre composé qui clôturera ces travaux de thèse
This thesis deals with the study of Bi2Te3-xSex materials and their applications for thermoelectricity, in particular the optimization of their properties around room temperature. The thesis is composed of five chapters. The first one describes the thermoelectric effects and allows us to make a state of the art about the Bi2Te3-xSex compounds. The second chapter introduces the different techniques to make and analyze our materials. The three following chapters show the obtained results split in three different axis. First, a study about the texturation of the material is undertaken to show its influence on the material’s properties. Doping the samples to adjust its carrier concentration is the aim of the fourth chapter and finally, the nanostructuration of the material is studied in the last chapter of the thesis

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Quet, Aurélie. "Composites de friction à matrice céramique : relation composition / structure / comportement tribologique." Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13512.

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Abstract:

Les composites C/C sont acutellement les matériaux les mieux adaptés aux exigences du freinage aéronautique. Ils présentent cependant un taux d'usure accru pour les freinages de taxiage. Les composites à matrice SiC se caractérisent par un lissage de cette bosse d'usure observée aux basses températures mais ils ne satisfont pas aux exigences du freinage de détresse. L'objectif de la thèse est d'introduire un autre carbure que le SiC dans la matrice des composites de friction et d'évaluer son influence sur le comportement tribologique des composites élaborés. Des composites C/C-ZrC et C/CTiC ont ainsi été élaborés via le procédé RMI (Reactive Melt Infiltration). Ces matériaux ont été caractérisés à travers des analyses morphologiques, chimiques et structurales. Une décohésion est présente à l'interface matrice de carbone/carbure. L'utilisation d'alliages, notamment à base de silicium, permet de limiter ce phénomène de décohésion. Les matériaux éléborés ont ensuite été testés sur un banc de simulation de freinage. Les composites C/C-ZrC e C/CTiC satisfont les conditions du RTO. Cependant, les composites à matrices ZrC montrent une usure très élevée à haute température en relation avec leur comportement à l'oxydation. Les composites à matrice TiC présentent une usure acceptable à haute température et une troncature de la bosse d'usure observée aux faibles températures, ce qui est lié à des coefficents de frottement faibles
C/C composites are nowadays the most suitable materials for needs of aircraft braking. However, they show a high wear during taxiing. SiC matrix composites are characterised by a smoothing of the wear peak noticed at low temperatures but they don't meet requirements of rejected take-off (RTO). The aim of this work is to put another carbide than SiC in the matrix of friction composites and to assess its influence on tribological properties of materials. C/C-ZrC and C/C-TiC composites were manufactured using RMI processing route (Reactive Melt Infiltration). Materials were characterised with mophological, chemical and structural analysis which reveal especially a decohesion between carbon phase and carbide phase. This gap can be limited using alloys as Zr-Si and Ti-Si alloys. Triboligical behaviour of the resulting materials was then investigated with an inertial dynamometer simulating brake stops. C/C-ZrC and C/C-TiC composites meet RTO requirements. Neverless, ZrC matrix composites have a high wear for high temperature brake stops linked to their oxidation behaviour. TiC matrix composites present moderate wear at high temperature and a lower wear at low temperature compared to C/C composites in relation to low friction coefficients

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Salem, Diana. "Synthèse de nanotubes de carbone monofeuillets individuels et composites modèles polymères - nanotubes de carbone : application à l'effet photovoltaïque." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00719414.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est d'élaborer des matériaux composites modèles nanotubes de carbone/polymères permettant de tirer profit des propriétés des nanotubes de carbone à l'échelle macroscopique. L'obtention de tels matériaux nécessitant une fonctionnalisation homogène entre les nanotubes de carbone et les polymères, les nanotubes de carbone utilisés doivent être individuels et de même réactivité chimique, donc de même diamètre. Ainsi, ils doivent être synthétisés par CVD par des nanoparticules catalytiques monodisperses et supportées. Dans la première partie, nous avons élaboré une nouvelle méthode générique de synthèse de nanoparticules d'oxydes métalliques supportées. Nous avons principalement détaillé la synthèse de nanoparticules de Fe2O3 dont la distribution en taille est de 1.1 ± 0.3 nm. Dans la deuxième partie, après avoir étudié la stabilité thermique de ces nanoparticules, nous les avons utilisées pour catalyser la croissance des nanotubes de carbone monofeuillets individuels par CVD. La caractérisation des nanotubes obtenus par Raman indique une distribution en diamètre exceptionnellement étroite de 1.27 ± 0.15 nm. Dans la troisième partie, nous avons tout d'abord étudié la mise en solution des nanotubes de carbone par fonctionnalisation non covalente avec un polymère hydrosoluble le POE portant un motif pyrène en bout de chaîne et mis en évidence un phénomène de déplétion qui limite la solubilisation des nanotubes. Nous avons ensuite élaboré des matériaux composites nanotubes de carbone/rrP3HT par fonctionnalisation covalente et non covalente et nous avons étudié l'efficacité de séparation de charge dans les deux cas de fonctionnalisations.

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Dissertations / Theses on the topic 'Composites – Matériaux nanostructurés – Nanotubes'

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