Nano-objects have unique properties due to their sizes, shapes and structure. When electronic properties of such nano-objects are used to build devices, the control of interfaces at atomic level is required. In this thesis, systems were built that can not only electrically characterize nano-objects, but also allow to analyze a large number of individual nano-objects statistically at the example of graphene and nanoparticle-molecule-nanoelectrode junctions. An in-situ electrical characterization system was developed for the analysis of free standing graphene sheets containing defects created by an acid treatment. The electrical characterization of several hundred sheets revealed that the resistance in acid treated graphene sheets decreased by 50 times as compared to pristine graphene and is explained by the presence of di-vacancy defects. However, the mechanism of defect insertion into graphene is different when graphene is bombarded with a focused ion beam and in this case, the resistance of graphene increases upon defect insertion. The defect insertion becomes even stronger at liquid N2 temperature. A molecular electronics platform with excellent junction properties was fabricated where nanoparticle-molecule chains bridge 15-30nm nanoelectrodes. This approach enabled a systematic evaluation of junctions that were assembled by functionalizing electrode surfaces with alkanethiols and biphenyldithiol. The variations in the molecular device resistance were several orders of magnitude and explained by variations in attachment geometries of molecules.  The spread of resistance values of different devices was drastically reduced by using a new functionalization technique that relies on coating of gold nanoparticles with trityl protected alkanedithiols, where the trityl group was removed after trapping of nanoparticles in the electrode gap. This establishment of a reproducible molecular electronics platform enabled the observation of vibrations of a few molecules by inelastic tunneling spectroscopy. Thus this system can be used extensively to characterize molecules as well as build devices based on molecules and nanoparticles.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kelly Cristini Bertachini.pdf: 2103840 bytes, checksum: 660079f6465adb541730be86f9ddd866 (MD5) Previous issue date: 2016-01-21 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / The pseudoboehmite is a nanomaterial of fine ceramics type, used in pharmaceutical synthesis and nanosystems to release molecules. It is a material that was obtained by the Mackenzie University materials engineering group by different methods, precipitation and inorganic polymerization. This study investigated the controlled release acyclovir using pseudoboehmite, with emphasis on the determination of acyclovir content in tests carried out by liquid chromatography High Performance (HPLC). Assays were performed "in vivo," demonstrating the effect of addition of pseudoboehmite in controlled drug release. Its controlled release was assessed by the results of analysis of the drug concentration of acyclovir in plasma of "wistar rats", determined by HPLC according to the administration time of the drug in the tests "in vivo". It was concluded that the pseudoboehmite has a role in the controlled release over time, showing that it has higher efficiency compared with the drug administration "wistar rats" without pseudoboehmite. The results showed that the concentration of acyclovir is lower in rats that were gavage with pseudoboehmite. / A pseudoboemita é um nanomaterial do tipo cerâmica fina, usada em sínteses farmacêuticas e nanosistemas para liberação de moléculas. É um material que foi obtido pelo grupo de engenharia de materiais da Universidade Presbiteriana Mackenzie por diferentes métodos, precipitação e polimerização inorgânica. Este trabalho pesquisou a liberação controlada de aciclovir com o uso de pseudoboemita, dando ênfase na determinação do teor de aciclovir em ensaios realizados pela técnica de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). Foram realizados ensaios in vivo , demonstrando o efeito da adição da pseudoboemita na liberação controlada do fármaco. Sua liberação controlada foi avaliada pelos resultados da análise de concentração do fármaco aciclovir no plasma sanguíneo de wistar rats , determinada por CLAE em função do tempo de administração do fármaco nos ensaios in vivo . Concluiu-se que a pseudoboemita teve um papel importante na liberação controlada em relação ao tempo, demonstrando que teve maior eficiência comparando-se com a administração do fármaco em wistar rats sem a pseudoboemita. Os resultados mostraram que a concentração de aciclovir é menor nos ratos em que a gavagem foi com pseudoboemita.

Lors des dix dernières années, les films multicouches ont suscité l’intérêt de la communauté scientifique pour leurs propriétés innovantes. Principalement issus de l’association de polyélectrolytes et/ou de nanoparticules de différentes morphologies, ils ont ouvert la voie à la fabrication d’une nouvelle catégorie de matériaux nanoporeux, possédant des propriétés optiques attractives telles que la coloration structurale et l’antireflet. Les films multicouches à base de deux nanoparticules de charges opposées sont plus rares et permettent de jumeler les propriétés des deux nanoparticules utilisées et d’en faire émerger de nouvelles. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à deux nanoparticules anisotropes, de facteurs d’aspects contrôlés et respectivement bio/geosourcées : les nanocristaux de cellulose (NCC) et des nanotubes d’imogolite. Le but de cette étude est d’étudier la possibilité de créer un film multicouche bio-géo inspiré à base de ces deux nanoparticules par immersion et d’en étudier les propriétés optiques. Dans un premier temps, nous avons comparé les films multicouches NCC/Ge-imogolites à ceux plus communément décrits dans la littérature, à savoir, des films à base de NCC ou d’imogolite associés à un polyélectrolyte de charge opposée. Les différents paramètres de trempage comme le temps d’immersion et la force ionique de la suspension ont été variés afin d’obtenir une densité de film optimale. Pour finir la porosité des films et leur comportement dans l’eau ont été étudiés par QCM-D, ainsi que leurs propriétés optiques par mesure de transmittance. / In the past decade, multilayer thin films drew the scientific community attention for their unique properties. Indeed, principally made of an association of polyelectrolytes and/or nanoparticles, of various morphologies and chemistries, they allow the design of a range of porous nanomaterials with unique optical properties, such as structural colors or anti-reflectivity. Less commonly described, thin films made of two nanoparticles of opposite charges are gaining interest since they combine the properties of the two nanoparticles used, and generate new ones through their association. In this study, multilayer coatings were formed through the association of two anisotropic oppositely charged nanorods of well-controlled aspect ratio, i.e. bio-based anionic cellulose nanocrystals (CNC) and geo-based cationic Imogolites. This study deals with the feasibility to create a bio-geo-inspired multilayer thin film based on these two nanoparticles by dipping and characterize their optical properties. Firstly, elaboration of multilayered thin films from CNC and Ge-Imogolites nanorods, were studied in comparison with reference films incorporating CNC or Imogolites with polyelectrolytes bearing opposite charges of the nanorods. Multilayered thin films were assembled by the dipping procedure and various parameters (adsorption time, ionic strength, etc.) were varied to investigate the optimal density for the film. To finish, film porosities were investigated using QCM-D, and optical properties were investigated by transmittance measurements.

[ES] La fabricación de nanopartículas con tamaños por debajo de los 100 nm ha permitido el desarrollo de innovadores nanodispositivos capaces de interactuar de forma directa con sistemas vivos a nivel celular y molecular, convirtiéndose en una parte fundamental dentro del campo de la nanomedicina. Uno de los principales retos a los que se enfrenta la ingeniería de nanopartículas es el desarrollo de nanodispositivos con propiedades físico-químicas bien definidas, ya que de ellas depende el comportamiento y biodistribución de dichos sistemas una vez introducidos en el organismo. No menos importante es el desarrollo de protocolos de síntesis reproducibles y optimizados, indispensables para la fabricación y escalado de nanodispositivos que puedan ser trasladados a futuras aplicaciones biomédicas. El principal objetivo de este proyecto de doctorado es el estudio y fabricación de nanopartículas magnéticas mesoporosas de sílice con estructura "core-shell" para su aplicación como agentes teranósticos en el campo de la nanomedicina. En este estudio se analiza en profundidad la síntesis y caracterización de dichos nanomateriales con el objetivo de producir nanopartículas con unas propiedades físico-químicas bien definidas de forma controlada y reproducible. La obtención de dichas nanopartículas supondría un gran avance de cara al desarrollo de nanodispositivos más complejos y sofisticados. El contenido de la tesis se ha estructurado en distintos capítulos que se detallan brevemente a continuación: ¿El capítulo 1 es una introducción a la nanomedicina, destacando el papel fundamental que tienen las nanopartículas en el desarrollo de nuevas aplicaciones biomédicas. A continuación se presentan las nanopartículas de sílice mesoporosa, mostrando la gran versatilidad de dichos nanomateriales para el desarrollo de dispositivos teranósticos así como sistemas para la liberación controlada de fármacos. Por último, se destaca la importancia de fabricar nanodispositivos con unas propiedades físico-químicas bien definidas como requisito indispensable para la traslación de los resultados experimentales hacia el campo clínico. ¿El capítulo 2 incluye los objetivos principales de la tesis. ¿El capítulo 3 se centra en la síntesis y caracterización de nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro (USPIONs), siendo estas utilizadas en capítulos posteriores para la síntesis de las nanopartículas mesoporosas tipo "core-shell". Las USPIONs son preparadas a través de un método sencillo de coprecipitación en el que se emplean condiciones de reacción moderadas. Las nanopartículas obtenidas son caracterizadas en profundidad, analizando sus propiedades magnéticas para su aplicación en hipertermia magnética y como agentes de contraste dual en imagen por resonancia magnética (MRI). ¿El capítulo 4 está dedicado a la preparación de nanopartículas magnéticas mesoporosas de sílice con estructura "core-shell". Los conceptos fundamentales relacionados con los mecanismos de formación de este tipo de nanomateriales son ampliamente analizados, así como los parámetros de reacción involucrados en la síntesis. Como punto de partida, se propone un protocolo de síntesis general para la obtención de las nanopartículas tipo "core-shell". A continuación, se analiza en profundidad el efecto que los distintos parámetros de reacción tienen en las propiedades físico-químicas de dichas nanopartículas. Para la fase de optimización se utiliza un modelo semi-empírico como referencia, racionalizando los resultados experimentales observados en base a un posible mecanismo de formación. ¿El capítulo 5 se centra en el análisis y caracterización de la estructura mesoporosa de las nanopartículas tipo "core-shell". Además, se analiza el efecto que los distintos parámetros de reacción tienen sobre la estructura final de las nanopartículas, aportando información adicional sobre su posible mecanismo / [CAT] La fabricació de nanopartícules amb grandàries per davall dels 100 nm ha permés el desenvolupament d'innovadors nanodispositius capaços d'interactuar de forma directa amb sistemes vius a nivell cel¿lular i molecular, convertint-se en una part fonamental dins del camp de la nanomedicina. Un dels principals reptes als quals s'enfronta l'enginyeria de nanopartícules és el desenvolupament de nanodispositius amb propietats físic-químiques ben definides, ja que d'elles depén el comportament i biodistribució d'aquests sistemes una vegada introduïts en l'organisme. No menys important és el desenvolupament de protocols de síntesis reproduïbles i optimitzats, indispensables per a la fabricació a gran escala de nanodispositius que puguen ser utilitzats en futures aplicacions biomèdiques. El principal objectiu d'aquest projecte de doctorat és l'estudi i fabricació de nanopartícules magnètiques mesoporoses de sílice amb estructura "core-shell" per a la seua aplicació com a agents teranòstics en el camp de la nanomedicina. En aquest estudi s'analitza en profunditat la síntesi i caracterització d'aquests nanomaterials amb l'objectiu de produir nanopartícules amb unes propietats físic-químiques ben definides de forma controlada i reproduïble. L'obtenció d'aquestes nanopartícules suposaria un gran avanç de cara al desenvolupament de nanodispositius més complexos i sofisticats. El contingut de la tesi s'ha estructurat en diferents capítols que es detallen breument a continuació: ¿El capítol 1 és una introducció a la nanomedicina, destacant el paper fonamental que tenen les nanopartícules en el desenvolupament de noves aplicacions biomèdiques. A continuació es presenten les nanopartícules de sílice mesoporosa, mostrant la gran versatilitat d'aquests nanomaterials per al desenvolupament de dispositius teranòstics així com sistemes per a l'alliberament controlat de fàrmacs. Finalment, es destaca la importància de fabricar nanodispositius amb unes propietats físic-químiques ben definides com a requisit indispensable per a la translació dels resultats experimentals al camp clínic. ¿El capítol 2 inclou els objectius principals de la tesi així com els objectius específics proposats per a cada capítol de la tesi. ¿El capítol 3 està dedicat a la síntesi i caracterització de nanopartícules superparamagnétiques d'òxid de ferro (USPIONs), sent aquestes utilitzades en capítols posteriors per a la síntesi de les nanopartícules mesoporoses tipus "core-shell". Les USPIONs són preparades a través d'un mètode senzill de coprecipitació en el qual s'empren condicions de reacció moderades. Les nanopartícules obtingudes són caracteritzades en profunditat, analitzant les seues propietats magnètiques per a la seua aplicació en hipertèrmia magnètica i com a agents de contrast dual en imatge per ressonància magnètica (MRI). ¿El capítol 4 està dedicat a la preparació de nanopartícules magnètiques mesoporoses de sílice amb estructura "core-shell". Els conceptes fonamentals relacionats amb els mecanismes de formació d'aquest tipus de nanomaterials són àmpliament analitzats, així com els paràmetres de reacció involucrats en la síntesi. Com a punt de partida, es proposa un protocol de síntesi general per a l'obtenció de les nanopartícules tipus "core-shell". A continuació, s'analitza en profunditat l'efecte que els diferents paràmetres de reacció tenen en les propietats físic-químiques d'aquestes nanopartícules. Per a la fase d'optimització s'utilitza un model semi-empíric com a referència, racionalitzant els resultats experimentals observats sobre la base d'un possible mecanisme de formació. ¿El capítol 5 està dedicat a l'anàlisi i caracterització de l'estructura mesoporosa de les nanopartícules tipus "core-shell". A més, s'analitza l'efecte que els diferents paràmetres de reacció tenen sobre l'estructura final de les nanopartícules, aportant informació / [EN] The fabrication of nanoparticles with sizes below 100 nm has opened the door to the development of innovative nanodevices that directly interact with living systems at the cellular and molecular level, becoming an essential part of nanomedicine. One of the main challenges that nanoparticle engineering is currently facing is the design of nanodevices with well-defined physico-chemical properties, which ultimately determine the fate and function of these systems inside the organism. Similarly, the development of reproducible and versatile synthetic protocols is of great importance for manufacture purposes, a fundamental requirement for an efficient translation of this technology into the clinic. The main objective of this PhD thesis is the study and fabrication of core-shell-type magnetic mesoporous silica nanoparticles (M-MSNs) for their application as theranostic nanodevices in the field of nanomedicine. A comprehensive study about the synthesis and characterization of this type of nanomaterials is presented with the aim of obtaining core-shell M-MSNs with well-defined physico-chemical properties in a robust and reproducible way. The fabrication of such particles would provide a versatile and reliable platform for the development of more complex nanodevices with advanced functionalities. The thesis has been structured into several chapters that are briefly summarized as follows: ¿Chapter 1 is an introduction to the topic of nanomedicine, highlighting the importance of nanoparticles in the development of new biomedical applications. Mesoporous silica nanoparticles are then introduced, showing the great versatility that this nanomaterials offer for the development of theranostic nanodevices and smart drug delivery systems. Finally, the development of nanodevices with well-defined physico-chemical properties is identified as a crucial requirement for overcoming biological barriers and facilitate the translation of nanomedicines from the bench to bedside. ¿Chapter 2 presents the aims of this thesis and the specific objectives that are addressed in the following chapters. ¿Chapter 3 is devoted to the synthesis and characterization of ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles (USPIONs), which are later used as magnetic seeds for the synthesis of core-shell M-MSNs. USPIONs are prepared through a simple coprecipitation method using mild reaction conditions. The obtained nanoparticles are fully characterized and their magnetic properties are analyzed focusing on magnetic hyperthermia and dual MR imaging applications. ¿Chapter 4 is a comprehensive study about the preparation of monodisperse core-shell M-MSNs. The main concepts related to the synthesis and formation mechanisms of this type of nanomaterials are revised, together with the reaction parameters that are expected to have a major contribution on the reaction. As a starting point, a general synthetic protocol for the synthesis of core-shell M-MSNs is presented. Then, specific reaction parameters are investigated in order to understand their effect on the physico-chemical properties of the obtained nanoparticles. The application of a semi-empirical model to the optimization stage is presented in an attempt to provide an adequate reference framework to understand the formation of this complex nanodevices. ¿Chapter 5 presents a detailed analysis about the characterization of mesoporous silica materials and, in particular, the assessment of the mesoporous structure of MSNs with a radial distribution of wormhole-like channels. The effects that specific reaction parameters have on the mesoporous silica structure of core-shell M-MSNs are also analysed, providing additional information about the formation of this type of nanoparticles. ¿Chapter 6 gathers the main conclusions of this thesis. / Sánchez Cabezas, S. (2019). Development of a reproducible and optimized synthetic protocol for the preparation of monodisperse core-shell-type magnetic mesoporous silica nanoparticles [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/129878 / TESIS

Le déclin de la production de pétrole, lié avec la diminution des matières premières carbonées pour la synthèse chimique ont mené les scientifiques à chercher de nouvelles sources de carbone pour l'industrie chimique. L'utilisation du dioxyde de carbone aiderait à réduire les émissions de gaz à effet de serre tout en fournissant une matière première renouvelable à base de bloc moléculaire en C1. En renversant les équilibres biologiques de trois déshydrogénases, nous avons effectué la biosynthèse multienzymatique en cascade du méthanol à partir de CO2 en utilisant la formiate déshydrogénase de Candida boidinii, la formaldéhyde déshydrogénase de Pseudomonas putida et l'alcool déshydrogénase de Saccacharomyces cerevisiae. Nous avons optimisé le système en ajustant les conditions catalytiques et la quantité relative de chaque déshydrogénase. La phosphite déshydrogénase de Pseudomonas stutzeri a été également choisi comme système de régénération du cofacteur nicotinamide adénine dinucléotide réduit (NADH) parmi 4 systèmes de régénération étudiés. L'ensemble du système a été encapsulé dans des nanocapsules poreuses de silice qui a permis d'augmenter 15 fois les productivités en méthanol. Nous avons montré que les dernières limitations rencontrées, comme la disponibilité du CO2 et l'accumulation du méthanol, peuvent être dépassées en mettant en place un système catalytique en flux continu en phase gaz. / The decline of oil production, linked with the decrease of carbon feedstock for chemical synthesis leads scientist to find new sources of carbon for the chemical industry. Use of carbon dioxide would help to reduce the greenhouse gas emissions while providing a renewable feedstock of C1 molecular building blocks. By reversing the biological metabolic reaction pathway of three dehydrogenase, we carried out multistep multienzyme biosynthesis of methanol from CO2 using formate dehydrogenase from Candida Boidinii, formaldehyde dehydrogenase from Pseudomonas Putida and alcohol dehydrogenase from Saccacharomyces cerevisiae. We improved the system active by adjusting the catalytic conditions and the relative quantity of each dehydrogenase. Phosphite dehydrogenase from Pseudomonas stutzeri was also chosen among 4 different studied systems to be introduced into the catalysis as a cofactor regenerating system for reduced nicotinamide adenine dinucleotide. The enzymatic system was then immobilized by encapsulation into novel phospholipid templated silica nanocapsules, allowing an increase of the methanol productivity by a factor 15. We show that the last limitation of the process as substrate availability and product accumulation can be overcome by running continuous enzymatic flow conversion in a gas phase.

<p>Lithium ion batteries have been regarded as one of the most promising and intriguing energy storage devices in modern society since 1990s. A lithium ion battery contains three main components, cathode, anode, and electrolyte, and the performance of battery depends on each component and the compatibility between them. Electrolyte acts as a lithium ions conduction medium and two electrodes contribute mainly to the electrochemical performance. Generally, cathode is the limiting factor in terms of capacity and cell potential, which attracts significant research interests in this field.Different from conventional slurry thick film cathodes with additional electrochemically inactive additives, binder-free thin film cathode has become a promising candidate for advanced high-performance lithium ion batteries towards applications such as all-solid-state battery, portable electronics, and microelectronics. However, these electrodes generally require modifications to improve the performance due to intrinsically slow kinetics of cathode materials. </p> <p>In this thesis work, pulsed laser deposition has been applied to design thin film cathode electrodes with advanced nanostructures and improved electrochemical performance. Both single-phase nanostructure designs and multi-phase nanocomposite designs are explored. In terms of materials, the thesis focuses on manganese based layered oxides because of their high electrochemical performance. In Chapter 3 of the nanocomposite cathode work, well dispersed Au nanoparticles were introduced into highly textured LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂(NMC532) matrix to act as localized current collectors and decrease the charge transfer resistance. To further develop this design, in Chapter 4, tilted Au pillars were incorporated into Li₂MnO₃ with more effective conductive Au distribution using simple one-step oblique angle pulsed laser deposition. In Chapter 5, the same methodology was also applied to grow 3D Li₂MnO₃ with tilted and isolated columnar morphology, which largely increase the lithium ion intercalation and the resulted rate capability. Finally, in Chapter 6, direct cathode integration of NMC532 was attempted on glass substrates for potential industrial applications. </p>

Electrospininig se osvědčil jako jeden z nejpopulárnějších a nejrozšířenějších způsobů výroby vysoce kvalitních vláken s požadovanými parametry. Kvalita a morfologie vyráběných vláken závisí na mnoha parametrů, jako je vlhkost, dávka materiálu, aplikované napětí atd. Omezení keramických piezomateriálů (křehkost, toxicita vzorků obsahujících olovo, obtížnost přípravy složitých tvarů atd.) vynutila výzkum v oblasti piezoelektrických polymerů. Jedním z nich je polyvinylidenfluorid (PVDF). polyvinylidenfluorid může by být připraven v různých formách: tenké filmy, objemové vzorky, vlákna. PVDF vlákna přitahují největší pozornost díky vysoké flexibilitě, nízké hmotnosti, mechanické stabilitě a chemické inertnosti. Vlastnosti PVDF vláken lze zlepšit pomocí doplňujících materiálů: keramické částice, kovové nanočástice, Graphicitové materiály jako jsou oxid Graphicenu nebo uhlíkové nanotrubičky (CNT).

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du développement de nouveaux matériaux permettant de se substituer aux métaux pour les applications de transport de l’électricité. L’excellente conductivité électriques des nanotubes de carbone (NTC) ainsi que le fait qu’ils peuvent être assemblés sous forme de fil en font une alternative prometteuse. Cependant, la conductivité électrique des fils en NTC n’est pas encore suffisante pour directement concurrencer les métaux. Ce travail de thèse cherche à identifier et comprendre les points bloquants pour les dépasser et ainsi améliorer la conductivité des fils en NTC. Les nanotubes de carbones sont fabriqués par la technique de Chemical Vapour Deposition sous forme de tapis. Ces tapis dit "filable" permettent d'extraire une nappe de NTC que l’on densifie ensuite pour former un fil. Tous les travaux de la littérature sur ce type de fil rapportent des résistivités supérieures à 1 mΩ.cm. Afin de comprendre cette limite apparente, une étude approfondie du transport électronique de ces fils est présentée en étudiant le comportement de la résistance du matériau entre 3 K et 300 K. Cette analyse met en évidence que le transport dans les fils de NTC est dominé par les contacts entre NTC en dessous de 70 K et qu’il est dominé par le transport intrinsèque des NTC au-dessus de 70 K. L'amélioration de la conductivité des fils en NTC à température ambiante passe par l’amélioration de la conductivité intrinsèque des NTC. Pour ce faire, deux techniques sont présentées dans ce travail, l’amélioration de la qualité structurale des NTC obtenue par un recuit à plus de 2000 °C et le dopage. L'amélioration linéaire de la conductivité du fil de NTC avec la qualité structurale des NTC nous a permis d’atteindre un record de résistivité à 0.76 mΩ.cm. Le dopant présenté dans ce travail (PtCl4) est pour la première fois utilisé pour des fils en NTC. Ce dopant possède une excellente efficacité (résistivité diminuées par 3) et une très grande stabilité dans le temps. L’amélioration de la qualité structurale des NTC augmente fortement l’efficacité de dopage. La qualité structurale est indispensable pour atteindre d’excellentes conductivités électriques. Un schéma récapitule l’influence des différents paramètres expérimentaux sur le transport électronique des fils en NTC. Enfin, l’étude du transport électronique dans les matériaux en NTC a permis de développer un nouveau modèle de transport s’ajustant à la fois à nos travaux ainsi qu’à tous ceux de la littérature. Ce modèle consiste en deux résistances en série. La première résistance décrit le transport dans les matériaux en NTC en dessous de 70 K et est très bien décrite par la théorie d’un Liquide de Luttinger. La deuxième résistance dépend à la fois du transport intrinsèque des parois métalliques et semi-conductrices des NTC ainsi que de l’arrangement des NTC entre eux (faisceaux ou individualisés). Ce modèle permet de tirer les informations intrinsèques aux fils comme la façon dont les électrons sont injectés dans les NTC, l’influence des NTC semi-conducteurs par rapport aux métalliques et les libres parcours moyen des électrons dans la structure. L’ensemble de ces résultats indique que les paramètres indispensables pour obtenir des fils très conducteurs sont pour des NTC: d’une excellente qualité structurale, fabriqué sous forme individualisée et avec une forte proportion de parois métalliques. / The overall framework of this PhD. work is to develop new materials to replace metals in electrical wiring. Carbon nanotubes (CNT) are a good alternative as they show a high electrical conductivity as well as they can be assembled into yarns. However, CNT yarns have not yet reached the electrical conductivity of individual CNTs preventing them from competing with metals. The aim of this work is to identify the factors limiting the CNT yarn conductivity, increase the CNT yarn conductivity and model their electrical transport. In this work, carbon nanotubes are grown in array by Chemical Vapour Deposition. Our CNT arrays are spinnable meaning that, CNT webs can be drawn from it and then densified into yarns. All the published works on this type of CNT yarns reveal that their resistivities are limited above 1 mΩ.cm. In order to understand this apparent limitation, we present an extensive study of the CNT yarn electrical transport by measuring the yarn resistance behavior from 3 K to 300 K. We show that the CNT yarn electrical transport is dominated by the contact resistance between CNTs below 70 K and by the intrinsic CNT resistance above. In order to improve the CNT yarn electrical conductivity at room temperature, it is essential to improve the intrinsic CNT conductivity. Two ways are investigated, the first one is to increase the CNT structural quality by annealing above 2000 °C, and the second one is doping. Annealing treatment drastically improves the CNT structural quality, revealing that the CNT yarn resistivity linearly decreases with the CNT quality improvement. This treatment allows reaching a resistivity record of 0.76 mΩ.cm for undoped yarn made from CNT array. In addition, we present a new dopant for CNT yarn (PtCl4) that shows both high doping efficiency (CNT resistivity decreased by almost a factor of 3) and a very long term stability. By combining successively annealing and doping treatments, we found out that the doping efficiency is drastically increased by the CNT structural quality improvement. From all our experimental studies and the literature data analysis, we present a scheme showing the influence of many parameters on the CNT yarn electrical transport. After bringing to light that existing electrical transport models do not correctly explain the CNT yarn electrical transport, we developed a new model that perfectly fits both our data and those of the literature. Our model consists in two resistances in series. The first resistance represents the CNT material electrical transport below 70 K and is very well explained by the Luttinger Liquid theory. The second resistance depends on both the intrinsic CNT wall electrical transport (metallic or semi-conducting) and the CNT arrangement (bundled or individualized). Our model allows extracting CNT yarn physical parameters such as the way electrons tunnel from one CNT to another, the role of semi-conducting walls versus metallic ones and the electron mean free paths in the structure. All these results highlight that the main ways to make CNT yarns with high electrical conductivities involve individualized CNTs, with an excellent structural quality and also a high metallic CNT wall content.

Nano materials can today be found in a wide range of consumer products and the number of new products on the market is expected to inrease. In the shadow of hope for nano materilas potential in various applications, low awareness of its health and environmental risks is hiding. Furthermore, the knowledge about people´s risk perception of nano materials is limited. Parallel to the situation described above, the scholls meet the challenge of incrasing the scientific literacy. To achieve this goal, skills in argumentation in science studies has been emphasized and the concept of socio-scientific issues has been emerged. Using focus groups as a method, this study aimed first, to explore young engineering student´s risk perception of nano materials, and secont to analyze the extent to which they apply scientific konwledge to argue about nano materials. The material from the focus group interviews was analyzed with respect to both content and interaction. To analyze the content, a thematic classification of the material was made. The interactive and communicative forms were highlighted by an analysis of arguments according to the SEE-SEP-model. Seven themes were indentified from the focus group material. It was also assumed that 55 percent of the participants´arguments were based on values, 25 percent on konwledge and 20 percent on personal experiences. Despite the absence of specific knowledge, the young engineering students have the ability to conduct a complex argumentation about nano materials where they involve the paradox; new opportunities, inresolved risks. Their risk perception is not primarily based on knowledge but on emotional expressions such as fascination, hope, resignation and fear. / Nanomaterial återfinns idag i ett brett spektrum av konsumentprodukter och antalet nya produkter förväntas öka på marknaden. I skuggan av förhoppningar om nanomaterialens potential i allehanda tillämpningar döljer sig bristfälliga kunskaper om dess hälso- och miljörisker. Vidare är kunskapen om människors riskpercetion an nanometrial begränsad. Parallellt med den ovan beskrivna situationen står skolan inför utmaningen att öka den naturvetenskapliga allmänbildningen. För att uppnå målet har kompetens inom argumentation i de naturorienterande ämnene betonats och begreppet sociovetenskapliga dilemman vuxit fram. Med fokusgrupper dom metod har studien syftat dels till att undersöka unga teknikstuderandes riskperceetpion av nanomaterial, dels till att analysera i vilken utsträckning de tillämpar vetenskapliga kunskaper för att argumentera om nanomaterial. Materialet från fokusgruppsintervjuerna analyserades med avseende på både innehåll och interaktion. För att analysera innehållet gjordes en tematisk indelning av materialet. De interaktiva och kommunikativa formerna belystes genom en argumentationsanalys enligt SEE-SEP-modellen. Sju teman identifierades ur fokusgruppmaterialet. Vidare utgick 55 % av deltagarnas argument från värderingar. därefter kom kunskap med 25 % och sist personliga erfarenheter med 20 %. Trots avsaknad av specifik kunskap, har unga teknikstuderande förmågan att föra en komplex argumentation om nanomaterial där de berör pradoxen; nya möjligheter, outredda risker. Deras riskperception baseras inte främst på kunskaper utan på emotionella uttryck så som fascination, hopp,uppgivenhet och rädsla.

Recent improvements in sensor technology and applications can be partly attributed to the advancements in microand nanoscale fabrication processes and discovery of novel materials. The emergence of reliable and inexpensive methods of production of monolayer materials, such as graphene, has revealed the advantageous electronic properties which when utilized in sensory elements can significantly enhance response to the input signal. Hence, graphene-based sensory devices have been widely investigated as the exotic properties of the carbon nanomaterial allow for cost-efficient scalable production of highly sensitive transduction elements. Previous studies have shown successful detection of n-type dopants such as ammonia and low pH solution. As the amine group in amphetamine molecules is known to behave as an electron donor, in this study, graphene conductivity changes in response to exposure to amphetamine salt solutions were investigated.Graphene formed by chemical vapour deposition (CVD) was transferred onto SiO2 substrate with gold electrodes to form a resistive transducer. Observation of large intensity ratio of graphene characteristic 2D and G peaks as well as minimal defect peaks from Raman spectroscopy analysis proved the integrity of the carbon monolayer was maintained. The atomic force microscopy and resistance measurements results showed the storage of these sensory elements in ambient conditions results in adsorption of impurities which considerably influence the electronic properties of graphene. Upon exposure to amphetamine sulfate and amphetamine hydrochloride, conductivity decrease was detected as expected. Signal enhancement by excitation of 470nm light did not show a significant increase in response magnitude. However, the low reliability of sensor response limited further analysis of the chemical sensor signal. Non-selective sensor response to amphetamine can be detected, but improvements in device design are needed to minimize contamination of the graphene surface by ambient impurities and variations in the sensor system. / De senaste förbättringarna i sensorteknik och applikationer kan kopplas till framsteg inom framställningsprocesser berörande mikrooch nanoskala samt upptäckt av nya material. Framväxten av tillförlitliga och billiga produktionsmetoder av monoskiktmaterial, såsom grafen, har avslöjat de fördelaktiga elektroniska egenskaperna som när de används i sensoriska element och förbättrar signalresponsen till inputsignalen. Grafenbaserade sensoriska applicationer har undersökts allteftersom de exotiska egenskaperna hos kolbaserade nanomaterial möjliggör en kostnadseffektiv skalbara produktion av högkänsliga transduktionselement. Tidigare studier har framgångsrikt visat detektion av n-typ substanser såsom ammoniak och låg pH-lösning. Eftersom amingruppen i amfetaminmolekyler är känd för att verka som en elektrondonator, undersöktes i denna studie konduktivitetsändringar i grafen under exponering för amfetaminsaltlösningar.Grafen bildad genom kemisk ångavsättning (CVD) överfördes på Si02-substrat med guldelektroder för att bilda en resistiv omvandlare. Observation av intensitetförhållandet mellan de grafenkarakteristiska 2Doch G-topparna samt minimala defekttoppar från Ramanspektroskopianalysen visade att kolmonolagrets struktur upprätthölls. Resultaten av atomkraftmikroskopi och resistansmätningar visade att lagringen av de sensoriska element i normala omgivningsförhållanden resulterar i adsorption av föroreningar som avsevärt påverkar grafens elektroniska egenskaper. Vid exponering för amfetaminsulfat och amfetaminhydroklorid upptäcktes en förväntad konduktivitetsminskning. Signalförbättring genom excitation av 470nm-ljus visade inte en signifikant ökning av svarstyrkan. Den låga tillförlitligheten hos sensorn begränsade emellertid ytterligare analys av den kemiska sensorsignalen. Sensorns icke-selektiva svar på amfetamin kan detekteras, men förbättringar i enhetens konstruktion behövs för att minimera kontaminering av omgivande föroreningar på grafenytan och variationer i sensorsystemet.