Titre : Capteur piezo électrique constitué de graphène et

Titre : Capteur piezo électrique constitué de graphène et nanotubes de carbone intégrés dans des polymères Encadrement : Wolfgang Bacsa, Pr (CEMES nMat group), [email protected] Sujet : Les nanotubes de carbone (NTC) et le graphène intégrés dans une matrice de polymère montrent un grand potentiel dans un large domaine d’applications telles que : le blindage électromagnétique, l’amortissement de vibrations, des capteurs biochimiques ou des capteurs de déformation. Par rapport à d’autres capteurs de déformation, les capteurs basés sur des composites nanotubes de carbone sont plus légers, plus stables et compacts. Par la combinaison des propriétés élastiques et électriques exceptionnelles de graphène et des NTCs, on attend que les capteurs de déformation à base de graphènes et NTC aient des caractéristiques bien meilleures. Ces derniers excellent sous forme de couches minces et ont une haute sensibilité et fiabilité, à l’échelle nanométrique. Les premières expériences montrent que le changement de la résistivité électrique relative peut être d’un ordre de grandeur supérieur à celui des capteurs de déformation à base de silicium. La résistance électrique dépend : des contacts entre les NTCs, des barrières tunnels, et du changement de la structure électronique des NTCs sous déformation. Ainsi la nature du réseau des NTC dans la matrice joue un rôle crucial dans les caractéristiques piézo‐électriques des composites à NTC. Des études théoriques récentes indiquent une forte augmentation de la piézo‐résistivité électrique des NTC alignés dans un polymère pour des concentrations des NTC dans la matrice proches du seuil de percolation. (1) Dans le cadre de cette thèse, l’approche consistera à fabriquer des couches minces de composites NTC en alignant les NTC en appliquant des forces de cisaillement (2). On utilisera l’anisotropie des NTCs en surface du polymère (thermoplaste) avant la formation du composite. Celui‐ci se formera par autodiffusion, en se servant de la forte absorption optique des NTCs (3). La nature du réseau des NTC à proximité du seuil de percolation sera ensuite étudiée par microscopie optique, microscopie électronique en transmission et spectroscopie Raman. Dans ce cadre d’autres méthodes seront étudiées pour fabriquer des couches minces de plus grandes tailles. L’augmentation de taille se fera par dépôt de charges ou par étalement en utilisant la photo‐absorption dans une couche mince liquide pour mieux contrôler la nature du réseau NTC. Le travail se fera essentiellement au sein de l’équipe Carbones du Groupe nMat (4‐6). Collaboration: Institut Clément Ader (IUT), CIRIMAT et LCC à Toulouse. International : IIT Madras (Inde) et Uslan National Institute of Science and Technology (Corée du sud). References: 1. S. Gong, Z.H. Zhu, Nanolscale, 7 (2015) 1339 2. W.A. de Heer, W.S. Bacsa, A. Chatelain, T. Gerfin, R. Humphrey‐Baker, L. Forro, D. Ugarte Science 268, p. 845 (1995) 3. V. Tishkova, G. Bonnet, F. Pons, B. Gautier, PH Cadaux, P. Puech, W. Bacsa Carbon 53 (2013) 399 4. E. Pavlenko, F. Boyer, P. Puech, P. Olivier, A. Sapelkin, S. King, R. Heenan, F. Pons, B. Gauthier, P.‐H. Cadaux, W.S. Bacsa, Journal of Applied Physics, 115 (2014) 234901 5. G. Matthieu, V. Tishkova, S. Dagreou, F. Leonardi, P. Puech, W. Bacsa, Journal of Applied Polymer Science 129 (2013) 2527 6. V. Tishkova, P‐I Raynal, P. Puech, A. Lonjon, M. Le Fournier, P. Demont, E. Flahaut, W. Bacsa, Composite Science and Technology 71 (2011) 1326