Carbon nanotubes present enormous potential for future nanoelectronic applications. This study details one method for producing such nanotubes via chemical vapor deposition (CVD) of methane gas at high temperatures. This method represents the best known way to selectively place nanotubes, as will be needed for complex electronic structures. Various growth conditions are manipulated and the effects on the resulting nanotubes are recorded.

Le graphène, plan d'atomes de carbone agencés en nid d'abeille, possède des propriétés physico-chimiques remarquables, en particulier une excellente mobilité électronique, qui en font un matériau d'avenir pour de nombreuses applications. Si la synthèse par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est une méthode prometteuse en vue d'une production de graphène de qualité à grande échelle, il reste difficile de contrôler les caractéristiques du graphène formé. L'objectif de ce travail expérimental est à la fois de développer la croissance de graphène par CVD à pression atmosphérique et température modérée (600°C à 900°C) sur un substrat de cobalt et d'analyser le graphène formé par des techniques d'analyse complémentaires afin de déterminer ses caractéristiques physico-chimiques et structurales.Une étude de l'influence de plusieurs paramètres de synthèse sur les caractéristiques du graphène formé (nombre de couches, taux de recouvrement, défauts et taille des domaines cristallins) a été réalisée. En utilisant des feuilles de cobalt commerciales et en travaillant à 850°C avec une forte vitesse de refroidissement et un apport faible en carbone, un film continu de graphène de trois couches a été obtenu. De plus, en étudiant la distribution des atomes de carbone dans le cobalt après synthèse, nous avons mis en évidence une concentration de carbone extrêmement élevée, environ 100 fois supérieure à la solubilité du carbone dans le cobalt à 850°C.L'influence du cobalt sur les caractéristiques structurales a été étudiée par diffraction des rayons X sur source synchrotron. Pour cela, du graphène a été synthétisé par CVD à pression atmosphérique sur des films minces de cobalt. L'étude structurale de ce système a révélé un empilement des feuillets de graphène de type graphite turbostratique et des domaines cristallins présentant deux orientations différentes par rapport au cobalt.L'étude du système graphène/cobalt est complétée par une analyse multi-techniques et localisée du graphène permettant d'analyser la même zone de graphène lorsqu'elle est sur cobalt puis sur SiO2, après transfert. La caractérisation est réalisée par microcopie et par spectroscopie Raman. L'influence du substrat de cobalt sur le graphène formé, notamment des contraintes mécaniques et du dopage électronique, est mise en évidence.Une étude de l'influence de plusieurs paramètres expérimentaux sur les caractéristiques du graphène formé (nombre de couches, taux de recouvrement, défauts et taille des domaines cristallins) a été réalisée. En utilisant des feuilles de cobalt commerciales et en travaillant à 850°C avec une forte vitesse de refroidissement et un apport faible en carbone, un film continu de graphène de trois couches a été obtenu. De plus, en étudiant la distribution des atomes de carbone dans le cobalt après synthèse, nous avons mis en évidence une concentration de carbone extrêmement élevée, environ 100 fois supérieure à la solubilité du carbone dans le cobalt à 850°C.L'influence du cobalt sur la croissance du graphène a été étudiée par diffraction des rayons X sur source synchrotron. Pour cela, du graphène a été synthétisé par CVD à pression atmosphérique sur des films minces de cobalt. L'étude structurale de ce système a révélé un empilement des feuillets de graphène de type graphite turbostratique. De plus, il a été montré que 95 % des domaines cristallins du graphène sont orientés à 20° ± 7° par rapport au cobalt tandis que 5 % des domaines est très bien orientée à 30° ± 0,6°.L'étude du système graphène/cobalt est complétée par une analyse multi-techniques et localisée du graphène permettant d'analyser la même zone de graphène lorsqu'elle est sur cobalt puis sur SiO2, après transfert. L'influence, notamment mécanique, du substrat de croissance sur le graphène formé est mise en évidence. / Graphene, a two-dimensional material composed of carbon atoms arranged in hexagonal lattice, has outstanding physical and chemical properties, i.e. its exceptional electronic mobility. This material is thus promising for many applications in the future. However, if chemical vapour deposition (CVD) is a very promising method for large-scale graphene growth , it is still very challenging to control graphene characteristics. The objective of this experimental work is both to develop graphene growth by CVD at atmospheric pressure and moderate temperature (600°C / 850°C) on cobalt and to analyse grown graphene with complementary techniques to determine its physical, chemical and structural characteristics.A study of the influence of different synthesis parameters on graphene characteristics (number of layer, coverage, defect and crystallite size) has been achieved. By combining the use of commercial cobalt foils with growth temperature of 850°C, a high cooling rate (100°C/min) and a low carbon supply, a continuous graphene film of three layers has been synthesized. Moreover, by measuring carbon distribution in the cobalt substrate after graphene growth, we have highlighted a carbon concentration about 100 times higher than carbon solubility in cobalt at 850 °C.The influence of cobalt on graphene structure was studied by X-ray diffraction using a synchrotron beamline. Prior to experiments, graphene was grown by CVD at atmospheric pressure on cobalt thin film. The structural study of this system has revealed a turbostratic stacking of graphene and two different orientations for graphene domains with respect to cobalt.The study of the graphene/cobalt system is completed by a multi-technique and localised characterisation of graphene which enables to analyse a same area of graphene when it is on cobalt and then after transfer on SiO2 substrate. Sample characterisation is based on microscopy and Raman spectroscopy. The influence of cobalt substrate on grown graphene, especially on mechanical strain and electronic doping, is highlighted.

Conductive polymers, since from their discovery, have become a prominent area of research and found many useful applications in all fields of our daily life. Examples are light emitting diodes, heat generation, chemical sensors and electro-active membranes. Polymer coated textile substrates give flexible and lightweight materials. One well utilized and thoroughly explored conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) also known as PEDOT. Although there are different ways to produce PEDOT one of the most common is the VPP technique. The typical procedure when using VPP is to introduce the monomer vapor to an oxidant coated substrate so that it polymerizes on the surface of the substrate. Throughout this study, the VPP technique has been used to produce PEDOT on different textile fibers. Aim was first of all optimizing the process gaining low electric resistance, i. e. high conductivity, of produced coated fibers but also multilayer coatings of fibers. Outcome indicates some parameters not having a clear influence over the results while others had a more distinct impact. A noteworthy result was obtained by coating a substrate, namely lyocell fiber, multiple times with layers deposited directly on each other. This decreased the resistance from 5.1 (± 1.6) kΩ/10 cm to 1.0 (± 0.1) kΩ/10 cm, for one layer and multiple layers respectively. Adding 15 wt. % of the copolymer PEG-PPG-PEG to the oxidant solution decreased the resistance from 6.8 (± 1.2) kΩ/10 cm to 3.9 (± 0.8) kΩ/10 cm. Final conclusion is that among the ways, to improve conductivity for PEDOT coated fibers, applied in this study are best results obtained by multi-layer coating.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003-12-19Bitstream added on 2014-06-13T20:56:56Z : No. of bitstreams: 1 lima_lm_me_arafo.pdf: 817104 bytes, checksum: 137c4b299daadfdf7ba4a2a6bd1a030b (MD5) / A tecnologia CVD (Chemical Vapor Deposition) aplicada à confecção de pontas odontológicas diamantadas possibilitou aderência do diamante à haste metálica suficiente para suportar o efeito do ultra-som, surgindo então uma técnica alternativa para corte de tecido dentário. O objetivo deste estudo in vitro foi avaliar a efetividade dos corte realizados com as pontas CVD cilíndrica e esférica para ultra-som (pontas CVDentUSÒ), em esmalte e dentina de dentes permanentes, variando-se o sentido de movimento (frontal e lateral). Foram utilizados 40 terceiros molares, num total de 80 preparos cavitários confeccionados por meio de um dispositivo padronizador. Os cortes foram realizados com 30 movimentos consecutivos da ponta sobre a superfície dentária, correspondendo a 27 segundos de utilização das pontas CVDentUSÒ. A profundidade e largura dos preparos cavitários foram analisadas em microscopia eletrônica de varredura e medidas por meio de uma análise cefalométrica modificada no programa Radiocef 4.0 (Radiocef Memory Ltda). A análise estatística pelo teste não paramétrico de Kruskal-Wallis ao nível de significância de 5% mostrou que as maiores médias de largura e profundidade foram observadas nos preparos de dentina, sendo a ponta esférica responsável por cavidades mais profundas e a cilíndrica por cavidades mais largas, não havendo influência dos sentidos de movimento da ponta. / The CVD (Chemical Vapor Deposition) technology applied in dental diamond burs manufacture allowed to the diamond to have enough adherence to the metallic stem supporting the ultrasound effect. This technique is bringing back an alternative method to cut dental tissue. The aim of this in vitro study was to evaluate the cutting effectiveness of cylindrical and round CVD-coated diamond burs for ultrasound (CVDentUSÒ system), in enamel and dentine of permanent teeth, changing the movement sense (frontal and lateral). Forty third molars were used, in a total of 80 cavity preparations made using a standard device. The cuts were made with 30 consecutive movements of the bur on the dental surface, corresponding to 27 seconds of CVDentUSÒ tips use. The depth and width of the cavity preparations were analyzed by scanning electronic microscopy and the measures were made using a modified cefalometric analysis in a Radiocef 4.0 program (Radiocef Memory Ltda). The statistical analysis applying Kruskal-Wallis non-parametric test, at 5% significance level, showed that the largest width and depth averages were observed in dentine cavities, being the round bur responsible for deeper cavities and the cylindrical for wider cavities. The movement senses had no influence on cavity size.

Les fibres à base de nanotubes de carbone (NTC), de par leurs propriétés électriques et mécaniques, sont des candidates potentielles pour des applications telles que les textiles fonctionnels ou les câbles conducteurs. A ce jour, deux familles de fibres, préparées selon des voies différentes, coexistent : les fibres contenant seulement des NTC et les fibres composites polymère/NTC. Les caractéristiques des NTC et les voies de mise en forme sont des facteurs reconnus pour impacter les propriétés électriques et mécaniques des fibres. Toutefois, compte tenu de la variabilité des sources de NTC et des conditions d’élaboration, il est difficile de dégager des relations entre caractéristiques des fibres et propriétés. C’est dans ce contexte que se situent ces travaux, avec comme objectifs la préparation de fibres à partir de NTC verticalement alignés selon deux voies d’élaboration et l’étude de leurs propriétés en fonction des caractéristiques des NTC. Une première partie de l’étude s’est focalisée sur la faisabilité de filage (voie sèche) à partir de tapis de NTC synthétisés par CCVD d’aérosol afin d’obtenir des fibres composée seulement de NTC. Même si l’ensemble des essais n’a pas abouti à un filage continu, ils ont permis de mettre en évidence un lien entre la faible tortuosité des NTC au sein du tapis et la capacité de ce dernier à former un réseau cotonneux qui semble être nécessaire à l’obtention d’une fibre. La seconde partie concerne l’étude de l’effet des caractéristiques des NTC (longueur, diamètre et structure) sur les propriétés électriques et mécaniques de fibres composites NTC/alcool polyvinylique (PVA) obtenues par voie humide à partir de suspensions de NTC. Or, la préparation de ces dernières engendre une rupture des NTC dont la longueur en suspension est limitée au micromètre. Un nouveau procédé de dispersion basé sur l’utilisation de cycles de gel/dégel a été développé, permettant d’aboutir à des longueurs de NTC en suspension de l’ordre de 4 à 6 µm. Ainsi, des suspensions concentrées en NTC de longueur, structure et diamètre différents ont été obtenues et ont permis d’élaborer avec succès des fibres composites. Les propriétés mécaniques des fibres brutes sont essentiellement modifiées par la longueur des NTC qui conduit à une amélioration du module de Young et de la contrainte à la rupture. Les propriétés électriques dépendent de la concentration en NTC dans la fibre et de la structure des NTC. Après traitement des fibres à 200 °C, l’augmentation de la longueur des NTC entraine une amélioration de la conductivité électrique. Par conséquent, l’utilisation de NTC longs dans des fibres composites s’avère bénéfique en termes d’augmentation des performances. / Carbon nanotube (CNT) based fibers, due to their interesting electrical and mechanical properties, exhibit a broad range of potential applications, such as functional textile or electrical wiring. To date, there are two families of fibers prepared according to different routes: pure CNT fibers and CNT composite fibers. The CNT characteristics and the elaboration process are known to impact their electrical and mechanical properties. However, the large diversity of manufactured CNT and spinning conditions used to elaborate these fibers are not favorable to establish clear relationship between fiber characteristics and their properties. In this context, the aim of the present work is to prepare fibers from vertically aligned CNT carpet according to two different elaboration process and to study their properties according to the CNT characteristics. A first part of this study was focused on the dry-spinning feasibility directly from CNT carpet synthesized by aerosol-assisted CCVD process in order to prepare fibers containing only of CNT. Even though all tests did not lead to a continuous spinning, a relation between the weak CNT tortuosity and the capacity of carpet to form fluffy network was established, which seems important for fiber continuous spinning. The second part is devoted to the study of the CNT characteristic effect (length, diameter and structure) on the electrical and mechanical properties of composite fibers obtained by wet spinning from CNT suspension. However, the preparation of these suspensions generates a CNT breakage by reducing their length to the micrometer range. A new dispersion process based on freezing/thawing cycles was developed and enables to keep CNT length in suspension of about 4 to 6 µm. Thus, concentrated suspensions with different CNT length, structure and diameter were obtained and successfully spun into fibers. The mechanical properties of raw fibers are essentially modified by CNT length which involves an improvement of the Young modulus and the tensile strength. The electrical properties depend on the CNT concentration in fiber and on the CNT structure. After a heat treatment of fiber at 200 °C, the increase of CNT length leads to an improvement of electrical conductivity. Consequently, the use of long CNT in composite fibers is beneficial to improve their performances.

Orientador: Lourdes Aparecida Martins dos Santos-Pinto / Banca: Evaldo José Corat / Banca: Celso Luiz de Angelis Porto / Resumo: A tecnologia CVD (Chemical Vapor Deposition) aplicada à confecção de pontas odontológicas diamantadas possibilitou aderência do diamante à haste metálica suficiente para suportar o efeito do ultra-som, surgindo então uma técnica alternativa para corte de tecido dentário. O objetivo deste estudo in vitro foi avaliar a efetividade dos corte realizados com as pontas CVD cilíndrica e esférica para ultra-som (pontas CVDentUSÒ), em esmalte e dentina de dentes permanentes, variando-se o sentido de movimento (frontal e lateral). Foram utilizados 40 terceiros molares, num total de 80 preparos cavitários confeccionados por meio de um dispositivo padronizador. Os cortes foram realizados com 30 movimentos consecutivos da ponta sobre a superfície dentária, correspondendo a 27 segundos de utilização das pontas CVDentUSÒ. A profundidade e largura dos preparos cavitários foram analisadas em microscopia eletrônica de varredura e medidas por meio de uma análise cefalométrica modificada no programa Radiocef 4.0 (Radiocef Memory Ltda). A análise estatística pelo teste não paramétrico de Kruskal-Wallis ao nível de significância de 5% mostrou que as maiores médias de largura e profundidade foram observadas nos preparos de dentina, sendo a ponta esférica responsável por cavidades mais profundas e a cilíndrica por cavidades mais largas, não havendo influência dos sentidos de movimento da ponta. / Abstract: The CVD (Chemical Vapor Deposition) technology applied in dental diamond burs manufacture allowed to the diamond to have enough adherence to the metallic stem supporting the ultrasound effect. This technique is bringing back an alternative method to cut dental tissue. The aim of this in vitro study was to evaluate the cutting effectiveness of cylindrical and round CVD-coated diamond burs for ultrasound (CVDentUSÒ system), in enamel and dentine of permanent teeth, changing the movement sense (frontal and lateral). Forty third molars were used, in a total of 80 cavity preparations made using a standard device. The cuts were made with 30 consecutive movements of the bur on the dental surface, corresponding to 27 seconds of CVDentUSÒ tips use. The depth and width of the cavity preparations were analyzed by scanning electronic microscopy and the measures were made using a modified cefalometric analysis in a Radiocef 4.0 program (Radiocef Memory Ltda). The statistical analysis applying Kruskal-Wallis non-parametric test, at 5% significance level, showed that the largest width and depth averages were observed in dentine cavities, being the round bur responsible for deeper cavities and the cylindrical for wider cavities. The movement senses had no influence on cavity size. / Mestre

Orientador: Jose Alexandre Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T17:29:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Biasotto_Cleber_M.pdf: 4466326 bytes, checksum: 75500d469b99d21f5c40a3214a755168 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho, filmes finos de nitreto (SixNy), oxido (SiOx) e oxinitreto (SiOxNy) de silicio sobre substrato de silicio, obtidos através da deposição química a partir da fase vapor auxiliada por plasma remoto (RPCVD), foram caracterizados e estudados para aplicações em micromáquinas (micromachining) ou sistemas micro-eletro-mecanico (MEMS). Os filmes de nitreto de silicio (SixNy) foram obtidos para aplicação em estruturas suspensas (pontes e membranas) e como mascara de proteção de dispositivos MOS para remoção do substrato, utilizando os processos de corrosão úmida do substrato de silicio pelas faces superior (front-side bulk micromachining) e inferior (back-side bulk micromachining), respectivamente. Os filmes de oxido de silicio (SiOx) foram aplicados como camada sacrificial em processos de obtenção de estruturas suspensas empregando a técnica de remoção de camadas sacrificiais na superfície (surface micromachining). Os filmes de oxinitreto de silicio (SiOxNy) foram obtidos como filmes alternativos para aplicação em estruturas suspensas (pontes e membranas), utilizando os processos de corrosão úmida do substrato de silicio pela face superior (front-side bulk micromachining). A fabricação destas estruturas e primordial para o desenvolvimento de micro-sensores e micro-atuadores. Neste trabalho foram revisadas as técnicas de processamento CVD (Chemical Vapor Deposition), apresentando a justificativa da escolha do reator ECR (Electron Cyclotron Resonance), que utiliza a tecnologia CVD com Plasma Remoto (RPCVD) para as deposições / Abstract: In this work, silicon nitride (SixNy), oxide (SiOx) and oxynitride (SiOxNy) thin films obtained by remote plasma chemical vapor deposition (RPCVD) on silicon substrate were studied and characterized for micromachining or micro electro-mechanical system (MEMS) applications. Silicon nitride films (SixNy) were used in suspended structures (membranes and bridges) and as MOS device protection mask against wet substrate etching, obtained by wet substrate etching processes using the front-side and back-side bulk micromachining techniques, respectively. Silicon oxide films (SiOx) were employed as sacrificial layers to obtain suspended surface structures using the surface micromachining technique. Silicon oxynitride (SiOxNy) films were used as alternative films in suspended structures (membranes and bridges), using the front-side bulk micromachining technique. The fabrication of these structures is primordial for the micro sensor and actuator development. In these work, CVD (Chemical Vapor Deposition) techniques are revised, presenting the choice justification of ECR (Electron Cyclotron Resonance) reactor, which uses RPCVD technology for the depositions / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont porté sur la réalisation de matériaux composites nanostructurés à base de nanotubes de carbone verticalement alignés (NTC alignés) et de polymères π-conjugués en vue de leur utilisation en tant que matériaux d’électrodes dans des dispositifs de stockage d’énergie de type supercondensateurs. Dans une première partie, les travaux se sont focalisés sur la croissance par CVD d’aérosol de NTC sur des substrats d’acier inoxydable via le dépôt préalable d’une sous-couche céramique SiOx. Grâce à l’optimisation de ce procédé, des tapis de NTC longs, denses et alignés pouvant directement servir de supports à l’électrodépôt de polymères π-conjugués ont pu être obtenus. Dans une seconde partie, les travaux se sont concentrés sur l’électrodépôt de poly(3-méthylthiophène) (P3MT) en milieu liquide ionique EMITFSI sur les tapis de NTC alignés à partir d’une méthode chronopotentiométrique « séquencée » permettant de réaliser des dépôts homogènes dans la profondeur des tapis. Une composition massique optimale de 70 % de P3MT permettant d’atteindre des capacitances spécifiques de 170 F.g-1 de polymère tout en conservant des cinétiques de charge-décharges élevées, comparativement à des composites NTC/P3MT enchevêtrés, a pu être déterminée. A partir des matériaux composites optimisés, des dispositifs symétriques NTC/P3MT // P3MT/NTC et hybrides CA // P3MT/NTC ont été assemblés. Le dispositif hybride à notamment permis d’atteindre une tension de 2,7 V et une capacitance de système de 26 F.g-1 en milieu EMITFSI à 25 °C. Par ailleurs, une énergie maximale de 23 Wh.kg-1 et une puissance maximale de 6,9 kW.kg-1 ont été obtenues avec une perte de seulement 7 % après 4000 cycles. Pour finir, l’électrodépôt de polypyrrole (Ppy) a été étudié dans différents milieux liquides ioniques protiques et aprotiques. Après des études réalisées par microbalance à cristal de quartz permettant de mieux comprendre les mécanismes d’insertion des espèces ioniques lors de la croissance du polymère conjugué et lors de son dopage positif réversible, des dépôt de Ppy ont été réalisés et optimisés dans la profondeur des tapis de NTC alignés. Des nanocomposites NTC alignés/Ppy présentant des capacitances spécifiques comprises entre 100 et 130 F.g-1 ont ainsi pu être obtenus. / This thesis focused on the elaboration of nanostructured composite materials based on vertically aligned carbon nanotubes (aligned CNT) and π-conjugated polymers and their use as electrode materials in supercapacitor-type energy storage devices. The first part focused on aligned CNT growth by aerosol-assisted CVD on stainless steel substrates and the deposition of a SiOx ceramic sublayer. Thanks to the optimization of this growth process, long, dense, and aligned CNT carpets which can directly act as support for the electrodeposition of π-conjugated polymers were obtained. The second part focused on the electrodeposition of poly (3-methylthiophene) (P3MT) in EMITFSI ionic liquid medium on aligned CNT carpets using a “pulsed” chronopotentiometric method to produce homogeneous deposits in the depth of the carpets. An optimal P3MT mass composition of 70 %, which helped achieve a specific capacitance of 170 F.g-1 of polymer while maintaining high charge-discharge kinetics, compared with NTC/P3MT entangled composites, was determined. NTC/P3MT // P3MT/NTC symmetrical devices and CA // P3MT/NTC hybrid devices were assembled using the optimized composite materials. The hybrid device reached a voltage of 2.7 V and a system capacitance of 26 F.g-1 in EMITFSI at 25 ° C. Furthermore, a maximum energy of 23 Wh.kg-1 and a maximum power of 6.9 kW.kg-1 were obtained with only a 7 % loss after 4000 cycles. Finally, the electrodeposition of polypyrrole (Ppy) was investigated in different protic and aprotic ionic liquids. After quartz crystal microbalance studies in order to better understand the insertion mechanisms of ionic species during conjugated polymer growth and during its reversible positive doping, the electrodeposition of Ppy within the deepness of the aligned CNT carpets was optimized. Aligned CNT/Ppy nanocomposites with specific capacitances ranging between 100 and 130 F.g-1 were obtained.