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Des solides lamellaires aux nanotubes inorganiques

Des solides lamellaires aux nanotubes inorganiques. Jacques Livage - Collège de France. www.labos.upmc.fr/lcmcp Cours du Collège de France. www.college-de-france.fr enseignement. Le carbone sous toutes ses formes. 1985 - La découverte des fullerènes.

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Des solides lamellaires aux nanotubes inorganiques

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Presentation Transcript

  1. Des solides lamellaires aux nanotubes inorganiques Jacques Livage - Collège de France www.labos.upmc.fr/lcmcp Cours du Collège de France www.college-de-france.fr enseignement

  2. Le carbone sous toutes ses formes

  3. 1985 - La découverte des fullerènes Simulation en laboratoire des conditions nécessaires à la formation des géantes rouges Mise en évidence de molécules de masse 720 Prix Nobel de Chimie 1996 720 = 12 x 60 C60 ? Robert Curl Harry Kroto Rick Smalley

  4. C60 Buckminster Fuller

  5. mm nm 1991 : Les nanotubes de carbone S. Ijima, Nature, 354 (1991) 56 sous produit de la synthèse de C60 Plan graphitique (graphène) enroulé sur lui même

  6. Enroulement des feuillets de ‘graphène’ Lorsque l’épaisseur des feuillets diminue on gagne en énergie en recourbant les plans pour former des cylindres nanotubes graphène nanotube

  7. Enroulement ‘ hélicoïdal ’

  8. Règles d’enroulement O et C deux points équivalents du réseau hexagonal On découpe la bande perpendiculaire à OC On enroule en faisant coïncider O et C (axe  OC) Le nanotube est caractérisé par les coordonnées (n,m) de C dans la base (a1, a2) (n,0) O (5, 2) C (n,n)

  9. n = 0 zigzag Q n ≠ m ≠ 0 chiral n = m armchair Les indices chiraux ‘ n et m ’ définisent l’hélicité du nanotube Angle chiral Q

  10. Fermeture des nanotubes La fermeture des nanotubes est obtenue en introduisant des pentagones Selon la règle d ’Euler 12 pentagones suffisent pour fermer le tube

  11. Règle de fermeture d’Euler

  12. Les nanotubes de Nitrure de Bore BN BN B-N = C-C graphite

  13. B N Nanotubes de BN

  14. BxCyN Nanotubes BN et BxCyN BN

  15. Nature, 360 (1992) 444 1992 : Nanotubes de WS2 Reshef Tenne

  16. MoS2 WS2 TiS2 WS2 IF Inorganic Fullerenes MoS2

  17. triangulaire rhombohèdrique Fullerene-like particles défauts ponctuels ≠ pentragones

  18. Nanotubes de WS2 multi-parois

  19. Structure de MoS2 S Mo feuillet MoS2 S Gap de Van der Waals

  20. S Mo S Analogie de structure graphite - MS2 Feuillets simples Feuillets triples

  21. [MoS4] [SMo2] [SMo3] [MoS6] Les atomes en bord de feuillets ne satisfont pas leur coordinence ‘ liaisons pendantes ’ Repliement pour saturer la coordinence des atomes de ‘ bord ’ les Mo d’un bord s’associent aux S de l’autre bord

  22. Enroulement des feuillets de MoS2

  23. armchair zigzag armchair zigzag (14, 0) (8, 8) (14, 0) (8, 8) Nanotubes MoS2

  24. 3 défauts carrés 1 défaut octogonal zigzag (12,0) armchair (8,8) défaut octogonal défaut carré Fermeture d’un nanotube de MoS2

  25. Synthèse des nanotubes de MoS2 à partir de la phase vapeur Chauffage de MoO3 sous H2/H2S

  26. réduction rapide par H2 MoO2 sulfuration par H2S MoS2 sublimation de MoO3 (T > 700°C) La 1ère couche de MoS2 contrôle la taille des nanoparticules et empêche leur agrégation La sulfuration ultérieure se fait par diffusion vers l’intérieur

  27. 4 couches de MoS2 MoO2 MoO2 MoS2 6 couches de MoS2 Transformation progressive de MoO3 en MoO2 puis MoS2 Le nombre de couches de MoS2 augmente progressivement

  28. Ensemble de nanotubes de MoS2 MEB

  29. Synthèse des nanotubes de WS2 Formation de wiskers de WO3 par oxydation d’un fil de W Formation rapide (qq. secondes) des premières couches de sulfure sulfuration ultérieure plus lente par diffusion à travers les couches de WS2 pour éviter l’agrégation jusqu’à la fin du processus lit fluidisé

  30. Nanotubes de WS2 optique MEB résine MET

  31. Propriétés mécaniques des nanotubes de WS2 Module d’Young 150 Gpa (1/7 CNT) Allongement à la rupture 12%

  32. MoS2 TaS2 Structure des chalcogénures MX2 (M = Mo, W, Nb, Hf - X = S, Se) Feuillets X-M-X Nanotubes de Chalchogénures MoS2, WS2, TiS2, ZnS, NiS, CdS, MoSe2, ..

  33. HfS2 NbS2

  34. H2S Nanoparticule de ReS2 formée autour d’un germe de ReO2 Chauffage à 700°C de ReO2 en lit fluidisé (≠ agrégation)

  35. Solides lamellaires et nanotubes inorganiques ? Les feuillets ne peuvent s’enrouler que s’ils sont indépendants Dépôt à partir de la phase vapeur construction progressive du feuillet lors du dépôt Dépôt à partir de solution nécessité de séparer les feuillets par exfoliation

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