CHERCHEURS

François DUCASTELLE
Lionel BRESSON
Annick LOISEAU

DOCTORANTS

Marie-Faith FIAWOO
Perine JAFFRENNOU
Hong LIN

LIENS

Rapports de stages

Les publications

Lectures Ecole Graphene 2010

Photos de la remise de la médaille d'argent du CNRS à Annick Loiseau, le 23 avril 2007 à l'Onera.

Site élaboré à partir de la conférence donnée par Annick Loiseau le 12 Octobre 2000 au CNAM dans le cadre de l'Université de tous les savoirs.

Page d'accueil du GDR E 'NanoE'

Mise à jour: 25-Oct-2010

Nanostructures tubulaires

L'objectif général des recherches est i) de comprendre et de modéliser la structure et le mode de formation de différents types de nanotubes à base de carbone ou de nitrure de bore et ii) d'étudier certaines propriétés physiques (phonons, plasmons, optiques). Nos outils sont pour l'aspect expérimental centrés essentiellement sur la microscopie électronique en transmission (TEM) (haute résolution (HRTEM), spectroscopie de perte d'énergie (EELS)) et pour l'aspect théorique des méthodes de simulations semi-empiriques (liaisons fortes, Monte Carlo).

Fig.1 - Image TEM montrant un faisceau de nanotubes ayant nucléé et poussé à la surface de la particule à partir d'une plaquette de carbure d'yttrium.

Nanotubes de carbone monofeuillet

Une étude comparée par TEM de tubes synthétisés par différentes techniques (laser, arc electrique, CVD) nous a permis d'établir que les tubes nucléent et croissent à la surface de petites particules de catalyseurs métalliques (Fig. 1) selon un mode d'instabilité de ségrégation de carbone [1]. L'influence de la nature chimique du catalyseur a été étudiéee en détail pour les couples Ni-terre rare TR (TR=Y,Ce,La). Le Ni permet la solubilisation du carbone à l'état liquide et sa ségrégation au voisinage de sa solidification. La TR coségrège avec le C à la suface et forme un carbure de surface qui favorise la stabilisation de germes de nanotubes [2]. Ces différents phénomènes sont étudiés théoriquement et simulés en Monte Carlo à l'aide d'une représentation en liaisons fortes (au 4° moment) des interactions atomiques C-C et C-M (Fig. 2) [3].

Fig. 2 - Simulation par Monte Carlo montrant la ségregation du carbone à la surface d'une goutte liquide de Ni et son organisation en cycles à 5 et à 6 qui préfigure la formation d'un germe de nanotube.

Fig. 3 - En haut, image TEM montrant un nanotube monofeuillet de BN et en bas, les profils du bore et de l'azote obtenus le long d'une section du tube par EELS.

Nanotubes de nitrure de bore (BN) monofeuilletanotubes de carbone monofeuillet

L'Onera a développé un réacteur de synthèse à vaporisation laser qui a permis de mettre au point la première méthode de synthèse des nanotubes monofeuillets de BN [4] (Fig. 3). Ces nanotubes sont prédits être isolants.

Les modes de phonon ont été étudiés par spectroscopie Raman pré-résonnante dans l'ultra violet (244 nm). L'analyse poussée des modes de plasmons réalisée sur des tubes isolés par perte d'énergie (EELS) en mode balayage avec le Laboratoire de Physique des Solides (Orsay) a permis de mettre en évidence des transitions interbande et un gap optique de l'ordre de 5.8 eV [5]. La valeur de ce gap est confirmée par les premières mesures d'absorption optique qui semblent par ailleurs indiquer d'importants effets excitoniques dus au confinement 1D.

Fig. 4 - En haut, image TEM d'un nanotube de carbone dopé à l'azote et en bas, le profil du rapport N/C obtenu par EELS le long de l'axe du tube et montrant une localisation préferentielle de l'azote dans les feuillets intérieurs du tube.

Nanotubes de carbone dopés

En liaison avec le GDPC (Montpellier), a été développée une méthode de dopage des nanotubes de carbone à l'azote et au bore utilisant une technique de synthèse CVD - aérosol. Des taux records de dopage à l'azote de 20%at ont pu être obtenus et la distribution de l'azote ainsi que la nature des liaisons chimiques déterminée par EELS (Fig. 4) [6].

Références

[1] J. Gavillet et al, P.R.L. . 87, 275504-1 (2001)
[2] A. Loiseau et al , C. R. Physique 4 (2003) 975-991.
[3] J. Gavillet et, J.N.N 4 (2004)
[4] R. Lee et al, Phys. Rev B, Rapid Comm 64, 121405 (2001).
[5] R. Arenal et al, AIP Conf. Proceedings (2004), in press.
[6] M. Glerup et al, Chem. Commun., 20 (2003), 2542-2543