Elaboration Electrochimique et Caractérisations de Nanofils d'Antimoine et d'Or
Résumé
One-dimensional nanostructures attract a great deal of research interest because they allow both fundamental studies and potential applications. The aim of this work is to investigate the electrodeposited nanowires such as antimony (Sb) and gold (Au). By correlation of the synthesis conditions, growth morphology and crystal quality, we have successfully elaborated single crystalline nanowires using template method, i.e. both Sb and Au nanowires were deposited in the pores of a polycarbonate membrane with a diameter variation from 400 to 20 nm. Analysis of the electrochemical behaviors during deposition processing results in a preliminary comprehension of the electrodeposition mechanism for template nanowire preparation, which is related to a special diffusion layer thickness in the case of nano-deposition. Characterization of nano-scaled structures requires specific techniques, particularly in high resolution. Therefore, SEM-FEG, HRTEM, EXDS-TEM, EELS-STEM-FEG as well as AFM have been used in this work for both the growth morphology investigation and the chemical composition determination of the electrodeposited Sb and Au nanowires. Finally, field emission properties of the free-standing Au nanowires have been measured in order to fabricated field emission displays (FEDs). A threshold field (Ethr) equal to 3,2 V/µm (for an emission current density of 10 mA/cm2) was deduced. This value is comparable to that obtained with carbon nanotubes.
L'étude et la réalisation de nanomatériaux font à l'heure actuelle l'objet d'une attention scientifique très soutenue. Atteindre la taille nanométrique ouvre en effet de nouvelles perspectives tant fondamentales que technologiques. L'objectif de cette thèse est de corréler les conditions d'élaboration et les propriétés structurales et électriques de matériaux à travers l'étude des nanofils d'antimoine (Sb) et d'or (Au). Par électrochimie, méthode peu onéreuse, nous avons élaboré des nanofils dans les pores de membranes. La détermination des conditions de synthèse nous a permis l'obtention de nanofils de qualité. L'analyse des processus d'électrodéposition nous a également conduit à la compréhension de certains mécanismes de la synthèse spécifique de nanomatériaux. Nous avons montré que pour des synthèses inscrites dans les cavités nanométriques d'une membrane d'épaisseur micrométrique l'extension de la couche de diffusion pouvait être réduite à l'épaisseur de la membrane. La seconde partie de ce mémoire concerne la caractérisation structurale et la détermination de la composition chimique des nanofils électrodéposés. Compte tenu de la taille nanométrique de nos objets, ce genre d'investigations requièrent des techniques de caractérisation bien spécifiques, notamment de haute résolution. Les études menées par la microscopie électronique en transmission (TEM) combinée avec la spectroscopie d'énergie dispersive des rayons-X (EDXS), ainsi que par la spectroscopie de pertes d'énergie des électrons (EELS), ont révélé entre-autres le caractère monocristallin de nos nanofils d'antimoine et d'or. Enfin, nous avons également exploité les propriétés électriques des nanofils d'or, en vue de nouveaux dispositifs pour écrans plats. Pour optimiser les conditions de mesure d'émission de champs, une méthode originale de fabriquer des réseaux de nanofils fixés verticalement sur un substrat a été mise au point. Les résultats préliminaires révèlent déjà un champ seuil d'émission (Ethr) égal à 3,2 V/µm, valeur prometteuse et comparable à celles obtenues à partir de nanotubes de carbone.
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Physique [physics]
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