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| Titre : |
Preparation , characterization and application of MWCnTs / PEO composites |
| Type de document : |
texte imprimé |
| Auteurs : |
Nadjima Benkara Mohamed ; N Benouattas, Directeur de thèse |
| Editeur : |
Setif:UFA |
| Année de publication : |
2016 |
| Importance : |
1 vol. (134 f.) |
| Format : |
29 cm |
| Catégories : |
Thèses & Mémoires:Physique
|
| Mots-clés : |
Nanotubes de carbone à parois multiples
Oxyde de
polyéthylène
Composites
Émission par effet de champ
Capteurs del’acétone. |
| Index. décimale : |
530 Physique |
| Résumé : |
Les propriétés d’émission électronique par effet de champ des composites
des nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT)/oxyde
de polyéthylène (PEO) en films minces et en films épais avec (5%, 15%,
25%, 33%, 40% et 50% de charge de MWCNTs) préparés en utilisant la
technique de moulage. Les courbes J(E) ont été mesurées et modélisées
selon la théorie de Fowler-Nordheim. L’échantillon avec 33%MWCNTs
a montré les meilleurs résultats avec 7,66 V/m de champ de fonctionnement
et 9,72 V/m de champ de seuil lorsqu’il est préparé comme
une couche mince ainsi que 6,51 V/m de champ de fonctionnement
et 9,07 V/m de champs de seuil, lorsque la couche est épaisse. Le
plus grand facteur de renforcement observé est de 1509 et 1853 pour
les échantillons à films minces de 15% de charge et les films épais de
33% de charge respectivement. Une excellente stabilité a été observée
pour la durée d’environ 34 minutes pour la plupart des échantillons.
D’autre part, les mixtures liquides acétone/eau ont été évaporées et
appliquées avec plusieurs débits aux films épais afin de tester leur capacité
de détection. Des variations de résistance, avec le temps, assez
reproductibles ont été obtenues. Par conséquent, la réponse et la sensibilité
de chaque capteur a été évaluée. La spectroscopie Raman et la
microscopie MEB ont montré une bonne interaction entre le polymère
et les nanotubes de carbone alors que l’analyse thermogravimétrique
a indiqué que la dégradation thermique des composites s’est produite
en deux étapes. Enfin, l’analyse FTIR a montré qu’aucune réaction
chimique n’a eu lieu pendant la détection. |
| Note de contenu : |
Contents
Acknowledgements x
Introduction xii
1 Generalities on Carbon Nanotubes and CNTs/Polymer Composites 1
1.1 Carbon Nanotubes Properties and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 The Unique Properties of Carbon and Carbon Nanotubes . . . . . . . 2
1.1.2 Individual Carbon Nanotube Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.2.2 The Chiral Vector and Angle of SWCNT . . . . . . . . . . . 6
1.1.3 Carbon Nanotubes Potential Applications . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.3.2 Carbon Nanotubes Application as Field Electron Emitters . 12
1.1.3.3 Carbon Nanotubes Based Sensors . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.4 The Theory Behind Field Electron Emission . . . . . . . . . . . . . . 16
1.1.4.1 Surface Potential Barrier Lowering (Schottky Lowering) . . 16
1.1.4.2 Fowler-Nordheim Field Electron Emission Theory . . . . . . 17
1.1.5 Production Techniques of Carbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2 Common Methods of CNTs/Polymer Composites Preparation . . . . . . . . 21
1.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.2 Carbon Nanotube Functionalization (surface modi cation) . . . . . . 22
1.2.2.1 Covalent Modi cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.2.2.2 Non-Covalent Modi cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.2.3 CNTs/Polymer Composites Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.2.3.1 Solution Mixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.2.3.2 Melt Blending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.2.3.3 In-Situ Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2 Preparation and Characterization Techniques 52
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.2 Fabrication of MWCNTs/PEO Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3 Characterization Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.3.1 Basics of Raman and Its Application to Carbon Nanotubes . . . . . 55
2.3.2 Thermal Gravimetric Analysis (TGA) . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.3.3 Basics of Scanning Electron Microscope (SEM) . . . . . . . . . . . . 58
2.3.4 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) Basics . . . . . . . . 61
2.4 Measurement Methods of our Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.4.1 Field Electron Emission Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.4.2 Sensing Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3 Field Electron Emission of MWCNTs/PEO Composites 69
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2 Results and Discussions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.2.1 Thin Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.2.1.1 Physicochemical Characterization of Thin Films . . . . . . 71
3.2.1.2 Field Electron Emission of Thin Films . . . . . . . . . . . . 74
3.2.2 Thick Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.2.2.1 Physicochemical Characterization of Thick Films . . . . . . 80
3.2.2.2 Field Electron Emission of Thick Films . . . . . . . . . . . 90
3.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4 Acetone and Water Vapour Sensing of MWCNTs/PEO Composites 103
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.2 Results and Discussions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2.1 Physicochemical Characterization of the Films . . . . . . . . . . . . 105
4.2.2 Acetone Sensing of the Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.2.3 Water Vapour Sensing of the Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.2.4 Sensing Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Conclusions 130
Further Work Suggestions 134 |
| Côte titre : |
DPH/0201 |
| En ligne : |
https://drive.google.com/file/d/1RZsgjUfPdyXLro0KL_J9DOzsvkU2gk5a/view?usp=shari [...] |
| Format de la ressource électronique : |
pdf |
Preparation , characterization and application of MWCnTs / PEO composites [texte imprimé] / Nadjima Benkara Mohamed ; N Benouattas, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2016 . - 1 vol. (134 f.) ; 29 cm.
| Catégories : |
Thèses & Mémoires:Physique
|
| Mots-clés : |
Nanotubes de carbone à parois multiples
Oxyde de
polyéthylène
Composites
Émission par effet de champ
Capteurs del’acétone. |
| Index. décimale : |
530 Physique |
| Résumé : |
Les propriétés d’émission électronique par effet de champ des composites
des nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT)/oxyde
de polyéthylène (PEO) en films minces et en films épais avec (5%, 15%,
25%, 33%, 40% et 50% de charge de MWCNTs) préparés en utilisant la
technique de moulage. Les courbes J(E) ont été mesurées et modélisées
selon la théorie de Fowler-Nordheim. L’échantillon avec 33%MWCNTs
a montré les meilleurs résultats avec 7,66 V/m de champ de fonctionnement
et 9,72 V/m de champ de seuil lorsqu’il est préparé comme
une couche mince ainsi que 6,51 V/m de champ de fonctionnement
et 9,07 V/m de champs de seuil, lorsque la couche est épaisse. Le
plus grand facteur de renforcement observé est de 1509 et 1853 pour
les échantillons à films minces de 15% de charge et les films épais de
33% de charge respectivement. Une excellente stabilité a été observée
pour la durée d’environ 34 minutes pour la plupart des échantillons.
D’autre part, les mixtures liquides acétone/eau ont été évaporées et
appliquées avec plusieurs débits aux films épais afin de tester leur capacité
de détection. Des variations de résistance, avec le temps, assez
reproductibles ont été obtenues. Par conséquent, la réponse et la sensibilité
de chaque capteur a été évaluée. La spectroscopie Raman et la
microscopie MEB ont montré une bonne interaction entre le polymère
et les nanotubes de carbone alors que l’analyse thermogravimétrique
a indiqué que la dégradation thermique des composites s’est produite
en deux étapes. Enfin, l’analyse FTIR a montré qu’aucune réaction
chimique n’a eu lieu pendant la détection. |
| Note de contenu : |
Contents
Acknowledgements x
Introduction xii
1 Generalities on Carbon Nanotubes and CNTs/Polymer Composites 1
1.1 Carbon Nanotubes Properties and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 The Unique Properties of Carbon and Carbon Nanotubes . . . . . . . 2
1.1.2 Individual Carbon Nanotube Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.2.2 The Chiral Vector and Angle of SWCNT . . . . . . . . . . . 6
1.1.3 Carbon Nanotubes Potential Applications . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.3.2 Carbon Nanotubes Application as Field Electron Emitters . 12
1.1.3.3 Carbon Nanotubes Based Sensors . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.4 The Theory Behind Field Electron Emission . . . . . . . . . . . . . . 16
1.1.4.1 Surface Potential Barrier Lowering (Schottky Lowering) . . 16
1.1.4.2 Fowler-Nordheim Field Electron Emission Theory . . . . . . 17
1.1.5 Production Techniques of Carbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2 Common Methods of CNTs/Polymer Composites Preparation . . . . . . . . 21
1.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.2 Carbon Nanotube Functionalization (surface modi cation) . . . . . . 22
1.2.2.1 Covalent Modi cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.2.2.2 Non-Covalent Modi cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.2.3 CNTs/Polymer Composites Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.2.3.1 Solution Mixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.2.3.2 Melt Blending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.2.3.3 In-Situ Polymerization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2 Preparation and Characterization Techniques 52
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.2 Fabrication of MWCNTs/PEO Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3 Characterization Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.3.1 Basics of Raman and Its Application to Carbon Nanotubes . . . . . 55
2.3.2 Thermal Gravimetric Analysis (TGA) . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.3.3 Basics of Scanning Electron Microscope (SEM) . . . . . . . . . . . . 58
2.3.4 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) Basics . . . . . . . . 61
2.4 Measurement Methods of our Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.4.1 Field Electron Emission Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.4.2 Sensing Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3 Field Electron Emission of MWCNTs/PEO Composites 69
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2 Results and Discussions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.2.1 Thin Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.2.1.1 Physicochemical Characterization of Thin Films . . . . . . 71
3.2.1.2 Field Electron Emission of Thin Films . . . . . . . . . . . . 74
3.2.2 Thick Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.2.2.1 Physicochemical Characterization of Thick Films . . . . . . 80
3.2.2.2 Field Electron Emission of Thick Films . . . . . . . . . . . 90
3.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4 Acetone and Water Vapour Sensing of MWCNTs/PEO Composites 103
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.2 Results and Discussions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2.1 Physicochemical Characterization of the Films . . . . . . . . . . . . 105
4.2.2 Acetone Sensing of the Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.2.3 Water Vapour Sensing of the Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.2.4 Sensing Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Conclusions 130
Further Work Suggestions 134 |
| Côte titre : |
DPH/0201 |
| En ligne : |
https://drive.google.com/file/d/1RZsgjUfPdyXLro0KL_J9DOzsvkU2gk5a/view?usp=shari [...] |
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pdf |
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