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Elaboration & traitements chimiques spécifiques de matériaux carbonés

Synthèse de nanomatériaux carbonés (NTC, graphène,…)

     

Même si de nombreuses compagnies fournissent des échantillons de NTC, produire ses propres échantillons offre l’avantage de bien maîtriser leurs caractéristiques. L’équipe Matériaux Carbonés a donc développé et mis au point un réacteur de synthèse par arc électrique. Il permet d’obtenir des échantillons de NTC de qualité comparable à ceux proposés dans le commerce.

Par ailleurs, l’équipe s’intéresse également à la préparation d’échantillons de graphène. Si le laboratoire mène de longue date des travaux sur l’exfoliation de composés d’intercalation du graphite qui pourraient être appliqués à la synthèse de graphène, les études actuelles portent sur des réactions solvothermales conduisant à des quantités macroscopiques d’échantillons de graphène (de quelques dizaines de couches au feuillet unique).

Elaboration de nanoparticules métalliques sur support carboné

L’équipe développe des méthodes de dépôt chimique de nanoparticules métalliques et de carbures de métaux réfractaires supportées sur substrat carboné. Ces méthodes consistent principalement en une imprégnation du support carboné par un composé métallique, le plus souvent un chlorure, suivie d’une étape de réduction et/ou de carburation sous courant de gaz de nature et de composition bien choisies (H2, CH4, …). Les performances des matériaux composites ainsi obtenus sont ensuite évaluées, dans le domaine de l’énergie et de l’environnement notamment.

Fonctionnalisation covalente de nanotubes de carbone

La méthode de fonctionnalisation des NTC   développée en étroite collaboration avec nos collègues organiciens conduit de façon contrôlée à un taux de greffage peu élevé, condition nécessaire à la préservation des propriétés intrinsèques des NTC. Les études menées visent à caractériser le greffage de fonctions actives sur les parois des NTC. Pour cela, un ensemble de techniques complémentaires telles que la spectroscopie Raman, la volumétrie d’adsorption et l’ATG couplée à la spectrométrie de masse sont mises en œuvre. La nature des liaisons créées, la nature des fonctions effectivement greffées et le caractère préférentiel du mécanisme de fonctionnalisation sont étudiés

Oxydation, recuits haute température

     

Afin d’en modifier les propriétés de surface ou d’en améliorer la compatibilité, les matériaux carbonés peuvent nécessiter de traitements d’oxydation en voie liquide dans des acides (HNO3, H2SO4) ou sous atmosphère oxydante modérée. Les conditions expérimentales sont adaptées en fonction de la modification souhaitée et de la nature du matériau carboné.

Les recuits haute température (1000-1600°C) sous vide secondaire peuvent également être mis en œuvre afin d’éliminer des fonctions de surface ainsi que des défauts structuraux.

Traitements de purification

La purification des matériaux carbonés est une problématique classique, dans le cas du graphite, du fullerite, aussi bien que dans celui des NTC.

La purification des NTC se heurte à des problèmes récurrents d’efficacité et de rendement. En effet, même si elle aboutit à des échantillons de qualité améliorée, l’optimisation des conditions expérimentales doit être extrêmement précise pour limiter l’endommagement des NTC et la consommation de l’échantillon. Les recherches portent sur les méthodes de purification classiques, et en particulier la sélectivité de combustion des phases carbonées des échantillons. De plus, nous avons développé une méthode alternative de purification qui permet l’élimination sélective des impuretés métalliques des échantillons de NTC tout en préservant leur structure. Ce procédé est fondé sur un traitement thermique des échantillons sous flux de gaz dihalogène.