Microélectrodes et actionneurs de fibres de nanotubes de carbone

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Sous la direction de Alexander Kuhn, Philippe Poulin
Thèse soutenue le 14 novembre 2008: Bordeaux 1
Ce travail de thèse concerne l’étude des propriétés électrochimiques des fibres de nanotubes de carbone (NTC). D’une part, nous nous sommes intéressés à leurs caractéristiques en tant que nouveau capteur analytique. Pour cela, une procédure de fabrication de microélectrodes au comportement stable et reproductible a été mise en place. Puis leur comportement analytique intrinsèque fut caractérisé avant de procéder à des modifications de surface pour les rendre plus sélectives. D’autres part, nous nous sommes intéressés aux propriétés électromécaniques des fibres de NTC, soit leur comportement en tant qu’actionneur électrochimique capable de générer une déformation mécanique en réponse à une injection de charge électrique. Nous avons caractérisé leurs performances en terme de contrainte et déformation mécanique générée. Des voies d’optimisation ont été investies. Enfin, nous montrons l’influence que peut avoir l’alignement des NTC au sein de la fibre sur leur propriétés. Ces premières investigations électrochimiques concernant les fibres de NTC, ouvrent de nombreuses voies d’applications prometteuses vers des systèmes analytiques (capteurs, biocapteurs) mais aussi mécaniques (robots, outils chirurgicaux, muscle artificiel) performants et fiables.
-Nanotubes de carbone
-Microélectrode
-Fibres
-Actionneur
-Electrochimie
-Capteur
This thesis deals with the study of the electrochemical properties of carbon nanotube (CNT) fibers. On the one hand, we have characterized this material as new analytical sensors. With respect to this, a fabrication procedure to obtain stable and reproducible microelectrodes has been elaborated. Their analytical performance has been characterized with and without surface modification in order to emphasize their selectivity. On the other hand, we have studied the electromechanical properties of CNT fibers in the context of electrochemical actuators that can convert electrical into mechanical . The performances has been characterized in term of generated strain and stress. Possible ways of optimization have been investigated. Finally, we demonstrate the influence of the CNT orientation on the fiber properties. This first study on electrochemical properties of CNT fibers opens various promising applications regarding reliable and efficient analytical tools (sensors, biosensors) and mechanical devices (robots, microchirurgical tools, artificial muscle).
-Carbon nanotubes
-Fiber
-Electrochemistry
-Sensor
-Microelectrode
-Actuator
Source: http://www.theses.fr/2008BOR13659/document
Publié le : mardi 25 octobre 2011
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t
.
NTC
.
IV.3.1
.
exp
.
taux
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
161
.
IV.2.1.1
IV.3.2
Disp
.
ositif
.
exp
.
?rimen
.
tal
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
IV.3.2.1
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
161
.
IV.2.1.2
.
Pro
.

.
de
.

.
.
IV.4
.
de
.
nature
.
nanotub
.
181
.
Comp
.
t
.
de
.
de
.
m
.
parois
.
.
.
.
.
181
.
D?tails
.
?rimen
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
163
.
IV.2.2
.
Comp
.
ortemen
.
t
.
?lectrom?canique
.
de
.
bres
181
de
R?sultats
NTC
discussion
simple
.
paroi
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
165
.
IV.2.2.1
.
D?tails
.
exp
.
?rimen
.
taux
IV.4.2
.
issues
.
solution
.
NTC
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
IV.4.2.1
.
exp
.
taux
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
165
.
IV.2.2.2
.
R?sultats
.
.
.
.
.
.
IV.4.2.2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
184
..
T
.
ABLE
.
DES
209
MA
.
TI?RES
.
vii
.
IV.4.2.3
.
Discussion
.
.
.
.
es
.
.
.
.
.
.
.
A.1
.
.
.
R?f?rences
.
.
.
.
.
.
.
de
.
.
.
?rimen
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
217
.
.
.
.
.
?lectro
.
.
.
.
.
.
.
.
.
IV.6.1.3
.
.
.
.
.
.
184
.
IV.5

?tude
.
des
.

201
d'actionnemen
.
t
.
187
.
IV.5.1
Observ

.
Quan
.
tique
.

203
vs.
.
?lectrostatique
.
.
Conclusion
.
p
.
aux
.

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
187
.
IV.5.2
.
T
.
aille
.
des
IV.6.2
ions
on
.
in
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
D?tails
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
202
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
205
.
R?f?rences
.
g?n?rale
.
ectiv
.
Pro
.
des
191

IV.5.3
.
Discussion
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
A.2
.
diusion
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
227
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
197
.
Discussion
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
193
.
IV.5.4
.
Conclusion
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
200
.
Insertion
.
p
.
ts
.
on?s
.
ter-tub
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
IV.6.2.1
.
exp
.
taux
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
193
.
IV.6
.
V
IV.6.2.2
ers
ations
des
.
v
.
oies
.
d'am?lioration
.
195
.
IV.6.1
.
Insertion
.
de
.
p
.
olym?res
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
IV.6.2.3
.
?lectrom?canique
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
IV.7
.
207
.
bibliographiques
.
Conclusion
.
&
.
ersp
195
e
IV.6.1.1
A
D?tails

exp
?lectro
?rimen
221
taux
La
.
?lectro
.
himique
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
221
.
Pro
.
de
.
aux
.
des
.
.
.
.
.
.
.
.
196
.
IV.6.1.2
.
R?sultats
.
.
.
.
.
.
.
.
223
.
bibliographiques
.
.MA
viii
DES
T
TI?RES
ABLEdes.
In
formes
tro
one

une
Le
in

herc
one
Ils
sous

forme
augmen
graphitique

ou
actuellemen
vitreuse

est
our

tiques
t
plus
utilis?
p

des
mat?riau
ils
d'?lectro

des.
elles
Sa
helle
stabilit?
d'un

nano-
himique
notammen
et
les
sa
applications

?
?lectrique
et
lui
tr?s

rigides
t

des
nouv

et
tiques
d?passen
essen
sp
tielles
?
p
ec
our
des
r?aliser
de
des
de
?lectro
?
des
son
de
le
batteries,
de
des


es
et
guren
div
parmi
ers

disp
prometteuses
ositifs
nouv
?lectro


t
himiques.

Les
diam?tre
disp
ten
ositifs
sp
?lectro
?e.

son
himiques
b
les

plus
t
?v
r?aliser
olu?s
mat?riaux
aujourd'h

ui
leur
fon

t
la
app
de
el
En
?
t
des
er
mo
a
dications

des
prot?ines
surfaces
red-o
d'?lectro

des
nouv
par
formes
des

in
divis?
term?diaires
l'?c
r?actionnels
nanom?trique
p
t
our
t
am?liorer
sujet
les
eort


de
he
transfert
Les
?lectronique
tub
ou
de
app
one
orter
t
de
t
la
les
sp
de

one
aux
plus
?lectro
p
des
de
p
elles
our
?lectro
des
himiques.
utilisations
son

assimilables

des

graphi-
par
de
exemple.
nanom?trique
De
pr?sen
fa?on
t
g?n?rale
surface
les
?cique
p
?lev

De
de
ils
tels
t
disp
et
ositifs
ons

?lectriques
t
Ces
souv
son
en
id?ales
t
our
des
de
surfaces
eaux
sp
d'?lectro
?-
Leur


?lev
nanom?trique
?es

p
sp
our
qui
maximiser
t
les
simple
ph?nom?nes
tation
?lectro
surface

?cique.
himiques
eet,
qui
son
son
aptes
t
absorb
a
et
v
teragir
an
v
t
des
tout

des
des
ph?nom?nes
et
in
m?diateurs
terfaciaux.
x
C'est
ou
p
ourquoip
Dans
de
un

nanotub

e
?lectriques.
de
et

ec
one
des
monoparoi,
d?passerait

p

pr?sen
d'un
une
seul
tr?s


gra-
on
phitique,
th?oriques
tous
don
les

atomes
on
de
de

M?me
one
de
son
La
t
imp
exp
en
os?s
t
en
?tat
surface.
bler
Cette
des


tr?s
Les
particu-
pr?v
li?re
v
rend
v
les
de
nanotub

es
aux
tr?s
de
sensibles
des
?
endan
une
loin
stim
es
ulation

?lectrique.
applications
En
breux
eet,
des
une
gure
v
Les
ariation
se
de
forme
la
dans
densit?
les
de
son

our
harge

surfacique,


leurs

men?s
qui
el
se
sur
pro
ann?es
duit
v
sur
plus
?lectro
t
de


des
lors
le
d'une
par
stim
t
ulation
biologiques
?lectrique,
syn
devien

t
tra

?rimen-
p
p
our
alider
le
de
nanotub
?
e.
es.
Cela
les
a
t
des
pr?dictions

les


sp
t

p
au
v
niv

eau
de
?lectrom?canique.
demeuren
Une
en
?lectro
es
de
helle

les
v
tan
en
es
tionnelle
syn
subit
ten
des
sous

p
train
?rulen
tes
ils
de
hev
surface
a
lors
autres.
d'une
dans
stim
utilisables
ulation
applications
?lectrique
Il
mais
les

de
son
our
t
mieux
sans
La

v
sur
pr?sen
la
fait
forme
des
de
nanotub
l'?lectro
surfaces
de
des

90.
ten
tra-
u
aux
du
les
faible
optimistes
rapp
oien
ort
des
surface/v

olume.
a
Le
ec
v
actionneurs
olume
t
en
tra
eet
ail
n'est

pas
largemen
aect?

par
syst?mes
les
(m
ph?nom?nes
ou
in
th?tiques
terfaciaux
les
et
pi?zo
son
Les
inertie
v
masque
exp
le
taux
r?le
t
de
ermis
l'in-
v
terface.
la
Un
ossibilit?
nanotub
r?aliser
e
actionneurs
quan
base
t
nanotub
?
Cep
lui
t
n'est
p
qu'une
son
in

terface
des
et
th?oriques.
sa
si
r?p
nanotub
onse
de
di?re
one
fortemen
ten
t
des
de
uniques

our
des
nou-
?lectro
elles
des
?lectro
massiques.
himiques
Il
?lectrom?caniques,
p
nom
eut
d?s
en
t.
eet
mise
se
forme

nanotub
tracter
?
ou
?c
s'allonger

sous
parmi
l'eet
plus
d'une
or-
v
ts.
ariation
nanotub
de
issus
sa
la
densit?
th?se
de
pr?sen

t
harge.
eet
Cet
la
eet
d'une
p
oudre
ourrait
pulv
?tre
te
mis
laquelle
?
son
prot

p
?tr?s
our
uns
r?aliser
v
des
les
ac-
Ils
tionneurs
t
?lectrom?caniques,


in
des
p
mat?riaux
des

?lectro
de
himiques.

est
v
de
ertir
assem
de
et
l'?nergie
les
?lectrique
p
en
b
?nergie
au

de
Des
propri?t?s.
?tudes
plupart
se
tra
son
aux
t
jusqu'?
p
t
ort?es
t
sur
app

?
p
d?p
ersp
de
ectiv
es
e
des
depuis
d'?lectro
la
ou
n

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