Elaboration and study of the electrical properties of an aligned carbon nanotubes - epoxy composite

Élaboration et étude des propriétés électriques d'un matériau composite nanotubes de carbone alignés - époxy

Florent Roussel (1, 2)

1 LFP - URA 2453 - Laboratoire Francis PERRIN
2 LSI - Laboratoire des Solides Irradiés - Irradiated Solids Laboratory

This study presents first the fabrication of a composite material based on Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWNT/CNT) synthesised by an aerosol-assisted Catalytic Chemical Vapour Deposition (CCVD) process into continuous and verticaly aligned carpets, and on an epoxy polymer matrix. Then the characterisation of the material's structure and surface is described. And then, its electrical transport properties are studied. The electrical conduction at room temperature is measured. First, locally by a Current-Sensing AFM (CS-AFM) so that the CNTs are characterized at an individual scale. Then, at the macroscopic scale, so that the material's properties are characterized when its size is easy at use. This study shows that the resistivity is low and anisotropic. Significant fluctuations (approximatively by a factor 10) in the macroscopic resistance exist from one measurement to an other. The nature of these fluctuations is discussed. The electrical conduction at low temperature (from 4 to 50◦K) displays at a macroscopic scale the same mesoscopic electric transport properties than individual CNTs. In particular, a conductance scaling law in function of the temperature and the voltage ("Zero Bias Anomaly") has been observed, as well as a weaklocalization (WL) law. Moreover, the conductance distribution measured by CS-AFM allows to demonstrate this persistence's origin with a simple and realistic model.

(NTC) multi-feuillets (MWNTs) synthétisés par CCVD (Catalytic Chemical Vapour Deposition) d'aérosol en tapis de nanotubes continus et verticalement alignés, et d'un matrice polymère époxy. En second lieu, sur la caractérisation de la structure et de la surface de ce matériau. En dernier lieu, sur l'étude de ses propriétés de transport électrique. La conduction électrique à température ambiante est mesurée. D'une part, ceci est fait localement par CS-AFM (Current-Sensing AFM) afin de caractériser les NTCs à l'échelle individuelle. D'autre part à l'échelle macroscopique, pour caractériser les propriétés du matériau à une structure de dimensions exploitables. Cette étude montre un matériau avec une résistivité faible et anisotrope. Des fluctuations importantes (environ facteur 10) de la résistance macroscopique sont observées d'une mesure sur l'autre. La nature de ces fluctuations est discutée. La conduction électrique à basse température (entre 4 et 50◦K) montre la persistance à l'échelle macroscopique d'effets mésoscopiques tels qu'observés sur des NTCs individuels. Notamment une loi d'échelle de la conductance en fonction de la température et de la tension (" anomalie à faible tension ") apparaît, ainsi qu'une loi de localisation faible de la conductance. De plus, la mesure de la distribution de la conductance sur la surface par le CS-AFM a permis de démontrer l'origine de cette persistance par un modèle simple et réaliste.

Mots clés: Multiwalled carbon nanotubes; Verticaly aligned carbon nanotubes; Electrical transport; Composite material; Scaling law; Weak localization

Mots clés: Nanotubes de carbone multi-feuillets; Nanotubes de carbone alignés verticalement; Transport électrique; Matériau composite; Loi d'échelle; Localisation faible

Domaines: Matériaux; Physique Générale [physics.gen-ph]

Florent Roussel. Élaboration et étude des propriétés électriques d'un matériau composite nanotubes de carbone alignés - époxy. Matériaux. École Polytechnique X, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00794345⟩