Développement et étude de la synthèse par CVD à basse température de nanotubes de carbone alignés sur substrat d’aluminium
Fabien Nassoy
NIMBE/LEDNA
Vendredi 13/04/2018, 10:00-12:30
CEA Bât 774, Amphi Claude Bloch, Orme des Merisiers

Manuscrit de la thèse


Résumé :

Les supercondensateurs, basés sur des cycles rapides de charge/décharge d’ions, sont des candidats d’intérêt pour répondre à la problématique du stockage d’énergie. Les nanomatériaux carbonés, couplés ou non à des matériaux actifs, présentent des potentialités en tant qu’électrode comparativement au carbone activé couramment utilisé. Dans le cadre d’un laboratoire commun, le CEA, Nawatechnologies et les universités de Tours et Cergy, cherchent à développer des électrodes plus efficaces mettant en oeuvre des tapis de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT) sur collecteur d’aluminium. C’est dans ce contexte que se situe ma thèse CIFRE avec comme objectif le développement et la compréhension de la croissance de VACNT sur feuille d’aluminium par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur (Chemical Vapor Deposition (CVD)) assistée par aérosol. Au démarrage de ma thèse, cette technique était maîtrisée par le LEDNA (UMR-NIMBE), mais seulement pour des températures relativement élevées (>800°C). L’enjeu était donc d’étendre cette méthode pour répondre à l’utilisation de l’aluminium comme substrat, ce qui nécessitait un abaissement de la température de croissance des VACNT au-dessous du point de fusion de l’Al (660°C). Cette diminution de température a nécessité une adaptation du procédé et des conditions de synthèse ainsi qu’un changement des précurseurs pour obtenir des VACNT avec des caractéristiques convenables. L’étude menée dans cette thèse est structurée autour de trois axes : l’optimisation du procédé de synthèse à basse température, l’identification des phénomènes physico-chimiques à l’oeuvre lors de la croissance, et une étude prospective visant à remplacer l’acétylène par des précurseurs biosourcés pour travailler avec un procédé plus durable.

Mots-clés : Nanotubes de carbone verticalement alignés, Dépot chimique en phase vapeur, Substrat en aluminium, Supercondensateurs.

 


Development and study of CVD synthesis at low temperaturre of aligned carbon nanotubes on aluminium substrate

Abstract:

Supercapacitors, with fast charge / discharge cycles, represent an interest for energy storage. Carbon nanomaterial have a great potential as electrode as compared to common activated carbon based electrodes. CEA, Nawatechnologies, university Tours and Cergy develop electrodes based on vertically aligned carbon nanotubes (VACNT) on aluminium substrate in a joint laboratory. In this context, the aim of my thesis is to develop and understand the growth of VACNT on aluminum foil by aerosol assisted Chemical Vapor Deposition (CVD). At the beginning of my thesis, this technique was mastered by the LEDNA (UMR-NIMBE), but only for relatively high temperatures (>800°C). The challenge was therefore to extend this method to respond to the use of aluminium as a substrate, which necessitated a lowering of the growth temperature of VACNT below the melting point of Al (660°C). In this case, the catalytic and carbonaceous precursors used at higher temperatures do not decompose effectively, so it was necessary to add two compounds : hydrogen which increases decomposition of the catalyst precursor [3] and acetylene with a catalytic and thermal decomposition more favorable around 600° C [5]. Therefore, the approach in this work is first to identify the most relevant synthesis parameters to reach VACNT growth at such a low temperature by varying them and analyzing subsequently the products obtained. Moreover, attention is paid on study of Al surface before growth or during the initial steps of VACNT growth, and of CNT / Al interface to understand VACNT formation mechanisms at lower temperatures.

Keywords: Vertically aligned carbon nanotubes, Chemical vapor deposition, Aluminium foil, Supercapacitor.

Contact : Martine MAYNE

 

 

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