Propriétés de transport de câbles électriques à base de nanotubes

Sujet de thèse au CEA Grenoble
Propriétés de transport de câbles électriques
à base de nanotubes de carbone dopés et non dopés
Contexte et sujet de thèse
Le remplacement des métaux dans les câbles électriques par des matériaux de substitution
bon conducteur comme les nanotubes de carbone est intéressant dans le cadre d’application
avancées pour l’avionique et le spatial. En effet ces futurs câbles sont très légers et le
remplacement des conducteurs électriques actuels permettrait par exemple de diminuer de
façon significative la consommation des avions. La conductivité des câbles à nanotubes,
bien qu’intéressante, est inférieure à celle des métaux alors qu’un nanotube individuel peut
présenter une conductivité supérieure à celle du cuivre. L’objectif de cette thèse est de
comprendre la source des limitations actuelles des assemblages macroscopiques de
nanotubes qui constituent un câble en développant un modèle de conduction de ces
câbles qui s’appuie sur des mesures de transport en température (3K-350K) [1] et sur
la corrélation entre ces résultats et les caractéristiques individuelles des tubes. Ce
modèle doit permettre de hiérarchiser les causes limitant les performances et d’envisager
des solutions et des procédés permettant de se rapprocher des performances de
conductivité des métaux. Le travail consistera d’une part à réaliser avec diverses conditions
technologiques les brins élémentaires de quelques dizaines de micromètres de diamètre,
utilisés pour réaliser les câbles et d’autre part à les caractériser d’un point de vue
morphologique et d’établir leurs propriétés de transport en température. Un autre aspect
consiste à doper les câbles soit par des nanoparticules soit en phase gazeuse et à analyser
leurs nouvelles propriétés conductrices de la même façon. Le but ultime est de réaliser des
conducteurs avec des performances électriques proches de celle de métaux comme le
cuivre ou l’aluminium. La thèse se focalisera sur plusieurs aspects : croissance des
nanotubes et fabrication des câbles, étude des propriétés de transport des câbles non
dopés et établissement du modèle, dopage des matériaux carbonés, caractérisation
morphologique des tubes et câbles avec et sans dopant.
[1] « Charge carrier transport and low electrical percolation threshold in multiwalled carbon
nanotube polymer nanocomposites », M. Jouni, J. Faure-Vincent, P. Fedorko, D. Djurado, G.
Boiteux, V. Massardier, Carbon, 76, 10-18 (2014)
Mots clés : nanotubes de carbone, mécanismes de transport, dopage
Profil recherché : Candidat ayant un Master 2 en physique ou nanosciences, avec une
bonne compréhension et des bases solides dans le domaine de la physique du solide et des
semiconducteurs.
Localisation : CEA de Grenoble, Liten (Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des
Energies Nouvelles) et Inac (Institut des Nanosciences et Cryogénie)
17 avenue des Martyrs 38054 GRENOBLE CEDEX 9, France
Encadrants : Jean DIJON (Liten), Jérôme FAURE-VINCENT et Hanaka OKUNO (Inac)
Durée : 36 mois à partir de l’automne 2015
Contact : Jérôme FAURE-VINCENT ([email protected])
Salaire : 2043 euros brut
Financement : programme CEA Nouvelles Technologies pour l’Energie