Graphene obtain by liquid way for an application to electrical contacts

Exfoliation du graphène par voie liquide en vue d'une application aux contacts électriques

Kevin Dalla Francesca (1)

1 GeePs - Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris

Graphene is a special carbon material due to its electrical properties (electron mobility at room temperature 200 000 cm²V-¹s-¹), mechanical (Young modulus of 1.5 TPA) and ability to protect a substrate of atmosphere. This makes it an ideal candidate as a protective coating for connecting devices including the active portion (electrical contact) may suffer severe damage over time .. Such a protective coating must indeed have properties and robustness conducting most of the contradictory time. The first step of this work was to implement an exfoliation proceeds in the liquid phase to produce suspensions of graphene and graphene-like materials.Different types of structural and electrical properties at the microscopic scale have determined favorable conditions forexfoliation by varying the nature of the solvent and conditions of sonication. He then acted deposits evaluate different methods to obtain a protective coating from individual sheets. The methods of dip coating, drop casting, spray and filtration have been characterized and have shown their advantages and disadvantages. The filtration method gives the most covering films, but the problem of the transfer to the surface to be protected: it showed residual contamination difficult to remove. The first results with an industrial spray without nozzle method showed a large reduction in friction but also the complexity of the mechanisms governing the quality of deposits. Limitations of different deposit methods could be exceeded by the use of graphene-polymer composite films.

Le graphène est un matériau carboné exceptionnel de par ses propriétés électriques (mobilité électronique à température ambiante de 200 000 cm²V-¹s-¹), mécaniques (module d'Young de 1,5 TPA) et sa capacité à protéger un substrat de l’atmosphère. Cela en fait un candidat idéal comme revêtement de protection pour les dispositifs de connexion dont la partie active (le contact électrique) peut subir des dégradations sévères au cours du temps.. Un tel revêtement de protection doit en effet avoir des propriétés de robustesse et de conduction la plupart du temps antinomiques. La première étape de ce travail a consisté à mettre en œuvre un procède d’exfoliation en phase liquide afin de produire des suspensions de graphène ou de matériaux de type graphène. Différents type de caractérisations structurelles et électriques à l’échelle microscopique ont permis de déterminer desconditions d’exfoliation favorables en variant la nature du solvant et les conditions de sonication. Il s’est agi ensuite d’évaluer différents modes de dépôts permettant d’obtenir un revêtement de protection à partir de feuillets individuels. Les méthodes de trempé, évaporation, spray et filtration ont été caractérisées et ont montré leurs avantages et inconvénients. La méthode de filtration donne les films les plus couvrants mais pose le problème du transfert vers la surface à protéger : on a mis en évidence une contamination résiduelle difficile à éliminer. Les premiers résultats avec une méthode de spray industriel sans buse ont montré une grande réduction du frottement mais aussi la complexité des mécanismes régissant la qualité des dépôts. Les limites des différentes méthodes de dépôt pourraient être dépassées par l’utilisation de films composites polymère-graphène.

Mots clés: Contact resistance; Spray; Electrical properties; Graphene; Nanotechnology; Friction

Mots clés: Spray; Résistance de contact; Friction; Propriétés électriques; Graphène; Nanotechnologie

Domaines: Chimie inorganique; Matériaux; Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]

Kevin Dalla Francesca. Exfoliation du graphène par voie liquide en vue d'une application aux contacts électriques. Chimie inorganique. Université Paris Saclay (COmUE), 2016. Français. ⟨NNT : 2016SACLS134⟩. ⟨tel-01399215⟩