Annuaire  |  Flux RSS  |  Espace presse  |  Intranet  |  Webmail  |  Videos  |    Photos   Etude de surfaces carbonées par adsorption  Study of carbon surfaces by adsorption 

Etude de surfaces carbonées par adsorption

La volumétrie d'adsorption de gaz (sondes N2, Kr ou autre) permet d'analyser toute la surface accessible d'un échantillon de manière non destructive. Elle présente également l’avantage de fournir des informations qualitatives et quantitatives.

Pour des matériaux carbonés dont les surfaces sont hétérogènes (par exemple des charbons actifs), la volumétrie renseigne sur l’aire spécifique, la capacité de stockage de gaz et la distribution de tailles de pores. Pour des matériaux carbonés dont les surfaces sont partiellement uniformes (NTC, graphite ou graphène notamment), l’adsorption intervient par couches monomoléculaires successives, donnant lieu à des transitions bidimensionnelles pour la phase adsorbée. Dans ce cas, les mesures renseignent notamment sur la nature des sites d’adsorption ainsi que sur les interactions entre le substrat et la sonde.

Analyse texturale par volumétrie d’adsorption

L’étude des propriétés texturales, telles que la surface spécifique, la taille des pores ou encore le volume poreux total, est indispensable pour le développement, la fabrication et la maîtrise de nombreux matériaux carbonés. Il a ainsi été  récemment possible, notamment par le biais d’une collaboration au sein de l’Université de Lorraine, d’établir une durée d’utilisation de cartouche de masque à gaz à charbons actifs après une caractérisation texturale fine.

L’analyse des isothermes se fait d’une part à l’aide de méthodes classiques (BET, Horvath-Kawazoe) et d’autre part par des méthodes plus récentes basées sur la théorie de la fonctionnelle de densité (modèle DFT). Cette technique permet notamment de mieux appréhender la structure poreuse d’un échantillon de nanotubes.

     

Identification des sites et des énergies d’adsorption dans les faisceaux de nanotubes (physisorption de gaz rares)

 

L’énergie d’adsorption d'une molécule dans un faisceau de NTC varie en fonction de la localisation de la molécule adsorbée. Il est possible de distinguer plusieurs types de sites d’adsorption : (i) les rainures entre 2 tubes périphériques, (ii) les régions entre 3 tubes à l'intérieur d’un faisceau, (iii) la partie accessible de la surface externe des tubes périphériques et (iv) les canaux centraux des tubes si ceux-ci sont ouverts. L’exploitation des isothermes d’adsorption de gaz rares obtenues grâce à un montage spécifique adapté à de faibles quantités d’échantillons permet d’accéder à l’énergie d’adsorption, voire de quantifier la proportion de tubes ouverts dans un échantillon par exemple. Dans le cas d'un traitement de fonctionnalisation, cette méthode permet de préciser sans ambiguïté si les nanotubes ou seulement les impuretés carbonées ont été fonctionnalisées.