Procédé d'exfoliation du graphite en phase liquide dans des laboratoires sur puce

Résumé : L’exfoliation en phase liquide du graphite est un procédé simple susceptible de produire du graphène à faible coût. Ces dernières années, de nombreuses équipes ont exploité la cavitation acoustique et la cavitation hydrodynamique comme moyen d’exfoliation. La cavitation acoustique ne peut traiter qu’une quantité limitée de fluide et génère des défauts sur la structure du graphène,tandis que la cavitation hydrodynamique dans une solution en écoulement n’agit que localement pendant une durée très brève. Les équipes de recherche utilisant ce dernier procédé compensent cette brièveté en imposant à la solution chargée en graphite des différences de pression très fortes, et utilisent alors des infrastructures macroscopiques lourdes pour lesquelles il est difficile de distinguer le rôle du cisaillement de celui de la cavitation. Nous avons cherché à développer un nouveau procédé d’exfoliation basé sur l’utilisation de microsystèmes fluidiques capables de générer un écoulementcavitant avec un débit supérieur à 10 L/h pour une différence de pression modérée n’excédant pas 10 bar. Une nouvelle génération de laboratoires ‘sur puce’ a ainsi été imaginée et réalisée, permettant de traiter des solutions surfactées chargées en microparticules de graphite. Il est apparu que laconcentration solide et la durée de traitement sont des paramètres cruciaux pour l’efficacité du procédé. Par rapport à un écoulement monophasique laminaire microfluidique, l’écoulement cavitant produit plus de produits exfoliés et de graphène, avec un rendement de l’ordre de 6%. Ceci indique que l’implosion des bulles et la turbulence favorisent également les interactions entre particules. Ce procédé d’exfoliation microfluidique, qui ne nécessite une puissance que de quelques Watts, permet d’envisager à terme une production économe et écologique de graphène en suspension.
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Thèse
Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université Grenoble Alpes, 2018. Français. 〈NNT : 2018GREAI056〉
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Contributeur : Abes Star <>
Soumis le : lundi 12 novembre 2018 - 15:53:09
Dernière modification le : jeudi 3 janvier 2019 - 16:30:09
Document(s) archivé(s) le : mercredi 13 février 2019 - 16:05:04

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Xiaoyu Qiu. Procédé d'exfoliation du graphite en phase liquide dans des laboratoires sur puce. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université Grenoble Alpes, 2018. Français. 〈NNT : 2018GREAI056〉. 〈tel-01919670〉

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