Le cerveau est composé de neurones et de cellules gliales qui jouent un rôle de soutien et de protection du réseau cellulaire. L’espace extra-cellulaire (ECS) correspond à l’espace qui existe entre ces cellules. Les modifications de sa structure peuvent dépendre de plusieurs paramètres comme l’âge, l’apprentissage ou les maladies neuro-dégénératives. Le volume de l’ECS correspond à environ 20$%$ du volume total du cerveau et les neurotransmetteurs et autres molécules circulent dans cet espace pour assurer une communication neuronale optimale. Cependant, les dimensions et la viscosité locale de cet espace restent encore mal-connues. L’ECS est composé entre autres de protéoglycans, de glycoaminoglycans (acide hyaluronique…) et de fluide cérébrospinal. Nous avons proposé dans cette thèse une stratégie pour mesurer les dimensions et les propriétés rhéologiques de l’espace extra-cellulaire de tranches de cerveaux de rats maintenue en vie à l’aide du suivi de nanotubes de carbone individuels luminescents. Pour ces applications, nous avons étudier la biocompatibilité et le rapport signal sur bruit de nos échantillons de nanotubes afin de les détecter en profondeur dans les tranches de cerveaux et de pouvoir mesurer leurs propriétés de diffusion. / The brain is mainly composed of neurons which ensure neuronal communication and glialcells which play a role in supporting and protecting the neural network. The extracellular space corresponds to the space that exists between all these cells and represents around 20 %of the whole brain volume. In this space, neurotransmitters and other molecules circulate into ensure optimal neuronal functioning and communication. Its complex organization whichis important to ensure proper functioning of the brain changes during aging, learning or neurodegenerative diseases. However, its local dimensions and viscosity are still poorly known.To understand these key parameters, in this thesis, we developed a strategy based on the tracking of single luminescent carbon nanotubes. We applied this strategy to measure the structural and viscous properties of the extracellular space of living rodent brains slices at the nanoscale. The organization of the manuscript is as follows. After an introduction of the photoluminescence properties of carbon nanotubes, we present the study that allowed us to select the optimal nanotube encapsulation protocol to achieve our biological applications. We also present a quantitative study describing the temperature increase of the sample when laser irradiations at different wavelengths are used to detect single nanotubes in a brain slice.Thanks to a fine analysis of the singular diffusion properties of carbon nanotubes in complex environments, we then present the strategy set up to reconstruct super-resolved maps (i.e. with resolution below the diffraction limit) of the brain extracellular space morphology.We also show that two local properties of this space can be extracted : a structural complexity parameter (tortuosity) and the fluid’s in situ viscosity seen by the nanotubes. This led us to propose a methodology allowing to model the viscosity in situ that would be seen, not by the nanotubes,but by any molecule of arbitrary sizes to simulate those intrinsically present or administered in the brain for pharmacological treatments. Finally, we present a strategy to make luminescent ultra-short carbon nanotubes that are not intrinsically luminescent and whose use could be a complementary approach to measure the local viscosity of the extracellular space of the brain.

CO2 is a waste product from a number of human activities such as fossil fuel power generation, industrial manufacturing processes, and transport. The rising concentration of CO2 in the atmosphere is heating the planet’s surface via the well-established greenhouse effect; a mechanism for many irreversible climate change impacts. Coupled to this is the ever-increasing global pressure over the availability and access to fossil fuel reserves; the foundations of modern society. In recognition of this CO2 is gaining renewed interest as a carbon feedstock, a changing of attitude viewing it as an asset rather than waste. Carbon capture and utilisation (CCU) technologies are attempting to make use of it. However, little quantitative assessment work has been done to assessand verify such potentials. This thesis applies the principles and framework of the life cycle assessment (LCA) - environmental management tool to early stage CO2 utilisation laboratory processes. All processes employ engineered nanomaterials (ENM) to perform this function, a material class leading the way in the challenges of efficient and feasible CO2 chemistry. The LCA contribution in this thesis acts as a measuring and a guiding tool for technology developers, in the first instance to document the cradle-to-gate impacts of a number of formed ENMs. Appreciating the net environmental benefits of ENM uptake within society has yet to be wholly established, and the unavailability of data is recognised as a major factor. The work of this thesis will thus contribute to knowledge gaps, and be informative to wider community seeking to quantify technical performance benefits of ENMs in the context of net life cycle impact burdens. Finally the actual CCU processes are assessed, initially within the confines of the laboratory but further expanded for consideration at more industrially relevant scales. The potential for sound CCU performance were found achievable under best case conditions, with net GHG impact reductions over the life cycle, and the potential for lower impact carbon products, even carbon negative. However other environmental impacts such as ozone depletion, toxic emissions and the consumption of precious metalores are impacts that require consideration in the use of such technologies.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-04-12T15:30:06Z No. of bitstreams: 1 Juliana Santos Farias.pdf: 1234303 bytes, checksum: 420e49b91acb05fb1346e95075411509 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-12T15:30:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliana Santos Farias.pdf: 1234303 bytes, checksum: 420e49b91acb05fb1346e95075411509 (MD5) Previous issue date: 2017-03-06 / CAPES, FAPEMA,CNPQ / This paper describes the development of a simple and new sensor electrochemical determination of flutamide in voltamétrica formulations pharmaceutical and artificial urine specimens using a carbon electrode vitreous (ECV) modified with oxidized carbon nanotubes and graphene oxide (NCO-OG), which was named ECV/NCO-OG. Electronic microscopy techniques scanning (SEM) and Raman Spectroscopy were used for the characterization of carbon based materials. The electrochemical response of the analyte front of the ECV/NCO-OG was investigated by cyclic voltammetry techniques (VC) and square wave voltammetry (VOQ). The sensor exhibited a high activity eletrocatalítica for the reduction of flutamide in 0.05 V vs. Ag/AgCl. The parameters experimental influence the response of the electrode was investigated and the optimum conditions were found for the electrode modified with NCO-OG, in Britton-Robinson buffer solution-BR on concentration of 0.1 mol L-1 (pH 5). The proposed sensor presented a wide range of linear response of concentration for the flutamide of 0.1 to 1000 µmol L-1 (or µ g L-1 27.6 to 0.27 g L-1) for n = 15 (R2 = 0.997), limit of detection (LOD), limit of quantification (LOQ), and sensitivity of 0.03 µmol L-1, 0.1 µmol L-1, and 0.30 µmol µA -1 L, respectively. The ECV/NCO-OG was successfully applied to the determination of flutamide in pharmaceutical formulations used in the treatment of prostate cancer and artificial urine samples. The results obtained with the proposed sensor were compared with the method described in the literature and showed a level of 95% confidence, demonstrating that there is no statistical difference between the method of reference and the method proposed. The addition and recovery studies show that the proposed method presents a satisfactory accuracy with average value of 101% recovery ( 1)%. for the fortified samples. / Este trabalho descreve o desenvolvimento de um simples e novo sensor eletroquímico para determinação voltamétrica de flutamida em formulações farmacêuticas e amostras de urina artificial empregando um eletrodo de carbono vítreo (ECV) modificado com nanotubos de carbono oxidado e óxido de grafeno (NCO-OG), o qual foi denominado ECV/NCO-OG. As técnicas microscopia eletrônica de varredura (MEV) e a Espectroscopia Raman foram utilizadas para a caracterização dos materiais à base de carbono. A resposta eletroquímica do analito frente ao ECV/NCO-OG foi investigada através das técnicas de voltametria cíclica (VC) e voltametria de onda quadrada (VOQ). O sensor exibiu uma alta atividade eletrocatalítica para a redução da flutamida em 0,05 V vs Ag/AgCl. Os parâmetros experimentais que influenciam a resposta do eletrodo foram investigados e as condições ótimas foram encontradas para o eletrodo modificado com NCO-OG, em solução tampão Britton-Robinson-BR na concentração de 0,1 mol L-1 (pH 5). O sensor proposto apresentou uma ampla faixa de resposta linear de concentração para a flutamida de 0,1 a 1000 µmol L-1 (ou 27,6 µg L-1 a 0,27 g L-1) para n=15 (R2=0,997), com limite de detecção (LOD), limite de quantificação (LOQ), e sensibilidade de 0,03 µmol L-1, 0,1 µmol L-1, e 0,30 µA µmol-1 L, respectivamente. O ECV/NCO-OG foi aplicado com sucesso para a determinação de flutamida em formulações farmacêuticas utilizadas no tratamento de câncer de próstata e amostras de urina artificial. Os resultados obtidos com o sensor proposto foram comparados com o método descrito na literatura e observou-se um nível de confiança de 95%, demonstrando que não há diferença estatística entre o método de referência e o método proposto. Os estudos de adição e recuperação mostram que o método proposto apresenta uma exatidão satisfatória com valor médio de recuperação de 101% ( 1) %. para as amostras fortificadas.

A extrêmement hautes fréquences, les applications électroniques vont être confrontées à des challenges liés à la réduction des dimensions et la compacité des systèmes. Les limites physiques des matériaux conventionnels étant atteintes, de nouvelles alternatives sont nécessaires dans le domaine du nano-packaging. De nouveaux matériaux ont été étudiés pour remplacer les matériaux conventionnels. Parmi eux, le nanotube de carbone démontre une excellente conductivité électrique et thermique ainsi qu’une résistance physique extraordinaire. Il est donc un candidat de choix pour des applications comme les interconnexions, l’évacuation de chaleur, le blindage électromagnétique ou encore le renforcement structurel. Autant de points capitaux pour le nano-packaging moderne. Dans ce manuscrit, les nanotubes de carbone vont être étudiés en profondeur pour réaffirmer leurs propriétés électroniques et thermiques hors du commun. Nous nous concentrerons ensuite sur l’étude de deux types d’interconnexions à base de nanotubes de carbone : des interconnexions à base de plot en nanotubes de carbone utilisant la technologie Flip-Chip et des interconnexions sans-fil à base de monopole composé de nanotubes de carbone. Enfin, nous étudierons la possibilité de créer des composants passifs Radio-Fréquence à l’aide de structures en nanotubes de carbone. De nouvelles méthodes de fabrication des structures en CNT ont été utilisées au cours de ces travaux de thèse afin d’obtenir une compatibilité avec les technologies CMOS. / At extremely high frequency, electronic applications will have to challenge problems born from the size reduction and compactification of the systems. Physical limits of conventional materials will be reached and so new alternatives are necessary in the nano-packaging field. New materials have been studied to replace conventional materials. Among them, carbon nanotubes have shown extremely high electrical and thermal conductivity as well as extraordinary physical resistance. And so carbon nanotubes are a good candidate for applications such as interconnects, thermal management, electromagnetic shielding or structural reinforcement. All of those applications are capital for modern nano-packaging. In this manuscript, carbon nanotubes will be studied in depths to demonstrate again their incredible electronic and thermal properties. We will then focus on the study of two types of carbon nanotubes based interconnects: carbon nanotubes bumps based interconnects for Flip-Chip applications and wireless interconnects based on carbon nanotubes monopole antenna. Finally, we will study the possibility of creating passive RF components using carbon nanotubes structures. New ways of fabricating the carbon nanotubes structure were used in order to get a fabrication process of the prototype completely compatible with CMOS technologies.

Cette étude vise à déterminer le transfert et la mobilité d'éléments traces métalliques (ETM), dans des sols de la Réunion destinés à l'épandage de déchets urbains. En plus des fortes teneurs naturelles en ETM, ces sols ont la particularité d'avoir une minéralogie très spécifique avec la présence en abondance de nanoparticules naturelles, communément appelés "imogolites" (nanotubes) et "allophanes" (nanosphères, ovoïdes, amorphe ?). Ces aluminosilicates structurés à courte distance sont susceptibles de piéger les ETM pouvant ainsi limiter leur mobilité et leur biodisponibilité. <br /><br />Dans un premier temps, une étude sur des composés synthétiques analogues aux aluminosilicates a permis d'approfondir nos connaissances sur la structure et les mécanismes de formation des imogolites et allophanes. La synthèse de nanotubes de type imogolite (Si-imogolite et Ge-imogolite) a pu être optimisée ouvrant ainsi les portes à de potentielles applications industrielles. Enfin, notre étude a permis de mettre en avant le rôle important des nanoparticules naturelles sur la dynamique du Ni dans un andosol de la Réunion. Ainsi, près de 80% du Ni est lié aux aluminosilicates structurés à courte distance.

Cette thèse porte sur la mise en œuvre, la caractérisation microstructurale et l'étude des propriétés macroscopiques de matériaux nanocomposites à matrice polymère (un latex filmogène) renforcée par des nanofibres flexibles à haut facteur de forme. En étudiant deux types de renforts (les nanotubes de carbone et les nanofibrilles de cellulose) et en utilisant deux procédés différents pour l'élaboration des composites, ce travail a permis de mieux comprendre le rôle que jouent les enchevêtrements entre nanofibres et la nature de leurs interactions dans ce type de matériaux. Les propriétés mécaniques aux faibles et grandes déformations, et, dans le cas des renforts nanotubes de carbone, les propriétés élecriques ont été analysées. Une approche de modélisation basée sur la discrétisation des fibres dans un volume représentatif, a permis de discuter l'influence de la tortuosité des fibres et des propriétés électriques des contacts entre fibres sur la percolation électrique.

Ce travail de thèse s'intéresse à la préparation et à l'étude de systèmes limiteurs optiques avec des suspensions de nanotubes de carbone. Divers échantillons de nanotubes, sous forme de poudres et de suspensions, ont été caractérisés avec soin par différentes techniques spectroscopiques. Une étude Raman complète a en particulier été menée. Un décalage systématique des pics RBM<br />vers les hautes fréquences est mis en évidence lors de la mise en suspension. Ce décalage est attribué à une modification des interactions nanotubes-environnement.<br /><br />L'étude des propriétés de limitation optique des suspensions de nanotubes constitue le coeur de ce travail de thèse. Nous avons étudié l'influence de la structure des nano-objets sur les performances de limitation optique, démontrant l'importance du diamètre des nano-objets, ainsi que l'effet de la structure<br />électronique des nanotubes. Nous avons amélioré les performances des suspensions en proposant et validant un nouveau concept : la combinaison de deux matériaux non-linéaires, nanotubes et absorbeurs à deux photons au sein de la même cellule. Le système ainsi conçu présente des propriétés de limitation optique<br />large bande, spectrale et temporelle, fortement améliorées dans le régime nanoseconde, se rapprochant des performances requises pour une application opérationnelle.

Cette thèse se place dans le cadre de la physique mésoscopique et a pour objet l'étude du transport électronique polarisé en spin dans les nanotubes de carbone mono-parois. L'existence d'un déséquilibre entre les populations d'électrons de spin up et ceux de spin down lors de leur diffusion à l'interface entre un métal ferromagnétique et un métal non- magnétique est au coeur du principe de fonctionnement des jonctions tunnel magnétiques et des multi-couches bien connues dans le domaine de l'électronique de spin. Bien que le degré de liberté de spin et l'effet tunnel des électrons soient utilisés dans ces dispositifs, aucun d'entre eux ne tient compte du degré de liberté de phase orbitale de la fonction d'onde électronique. Dans la plupart des dispositifs étudiés jusqu'à présent, cet aspect n'a pas été développé en raison du régime de transport semi-classique des porteurs de charge dans les conducteurs considérés. Dans ce travail, nous étudions des mesures de transport dépendantes du spin dans des circuits à plusieurs réservoirs à base de nanotubes de carbone. Nous observons la présence d'un signal de spin dans la tension non-locale et d'un signal de spin anormale dans la conductance. Ces signaux de spin sont contrôlables par le tension de grille appliquée et ils révèlent qu'à la fois le degré de liberté de phase orbitale et le degré de spin sont conservés dans un nanotube de carbone connecté à plusieurs réservoirs ferromagnétiques. Nous montrons également l'existence d'un phénomène étonnant qui n'a aucun analogue classique et qui est la conséquence de la cohérence de phase orbitale : la présence d'un comportement de type transistor de spin à effet de champ entre les deux contacts normaux avec à proximité deux contacts férromagnétiques en dehors du chemin classique des électrons. Ceci est la réalisation de l'expérience de tête de théoricien pour l'électronique de spin. Nos observations ouvrent la voix pour des dispositifs de l'électronique de spin exploitant ces deux degré de liberté quantique sur le même plan.

Magnetism of carbon-based materials is a challenging area for both fundamental research and possible applications. We present studies of low-dimensional carbon-based magnetic systems (fullerene-diluted molecular magnets, carbon nanotubes, graphite fluoride, and nanoporous carbon) by means of SQUID magnetometer, X-ray diffraction and vibrational spectroscopy, the latter techniques used as complementary instruments to find a correlation between the magnetic behaviour and the structure of the samples.In the first part of the thesis, characteristic features of the magnetization process in aligned films of carbon nanotubes with low concentration of iron are discussed. It is shown that the magnetism of such structures is influenced by quantum effects, and the anisotropy behaviour is opposite to what is observed in heavily doped nanotubes.In the second part, Mn12-based single molecular magnets with various carboxylic ligands and their 1:1 fullerene-diluted complexes are studied. We prove that magnetic properties of such systems strongly depend on the environment, and, in principle, it is possible to design a magnet with desirable properties. One of the studied compounds demonstrated a record blocking temperature for a single molecular magnet. Both fullerene-diluted complexes demonstrated “magnetization training” effect in alternating magnetic fields and the ability to preserve magnetic moment.The third and the fourth parts of the thesis are dedicated to the analysis of various contributions to the magnetic susceptibility of metal-free carbon-based systems – intercalated compounds of graphite fluorides and nanoporous oxygen-eroded graphite. The magnetic properties of these systems are strongly dependent on structure, and can be delicately tuned by altering the π-electron system of graphite, i. e. by degree of fluorination of intercalated compounds and by introduction of boron impurity to the host matrix of nanoporous graphite. / Magnetism av kolbaserade material är ett utmanande område för både grundforskning och möjliga tillämpningar. Vi presenterar studier med låg-dimensionella kolbaserade magnetiska system (fulleren-utspädda molekylära magneter, kolnanorör, grafit fluorid och nanoporösa kol) med hjälp av SQUID magnetometer, röntgendiffraktion och vibrerande spektroskopi, de senare tekniker som används som komplement instrument för att finna sambandet mellan den magnetiska uppträdande och strukturen hos proven. I den första delen av avhandlingen är egenheter från magnetisering processen i linje filmer av kolnanorör med låg koncentration av järn diskuteras. Det visas att magnetism av sådana strukturer påverkas av kvantmekaniska effekter och anisotropin beteende är motsatsen till vad som observerats i kraftigt dopade nanorör. I den tvåa delen är Mn12-baserade enda-molekyl magneter med olika karboxylsyror ligander och deras 1:1 fulleren-utspädda komplex studeras. Vi visar att magnetiska egenskaperna hos sådana system beror i hög grad på miljön, och i princip är det möjligt att utforma en magnet med önskvärda egenskaper. En av de studerade föreningarna visade en post blockeringstemperaturen för en enda molekylär magnet. Både fulleren-utspädda komplex visade "magnetisering utbildning" effekt i alternerande magnetfält och möjligheten att bevara magnetiskt moment. Den tredje och fjärde delarna av avhandlingen är avsedda för inneboende magnetism av analys av olika bidrag till magnetisk susceptibilitet av metall-fritt kol-baserade system -inskjutna föreningar grafit fluorider och nanoporösa O2-eroderade grafit. Magnetiska egenskaperna hos dessa system är starkt beroende av strukturen, och kan fint avstämmas genom att man ändrar π-elektronsystem av grafit, i. e. med graden av fluorering av inskjutna föreningar och genom införandet av bor föroreningar till värd matris av nanoporösa grafit.

The outstanding electrical and mechanical properties of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) may offer solutions to realizing high-mobility and high-bendability thin-film transistors (TFTs) for the emerging flexible electronics. This thesis aims to develop low-cost ink-jet printing techniques for high-performance TFTs based on pristine SWCNTs. The main challenge of this work is to suppress the effects of “metallic SWCNT contamination” and improve the device electrical performance. To this end, this thesis entails a balance between experiments and simulations.   First, TFTs with low-density SWCNTs in the channel region are fabricated by utilizing standard silicon technology. Their electrical performance is investigated in terms of throughput, transfer characteristics, dimensional scaling and dependence on electrode metals. The demonstrated insensitivity of electrical performance to the electrode metals lifts constrains on choosing metal inks for ink-jet printing.   Second, Monte Carlo models on the basis of percolation theory have been established, and high-efficiency algorithms have been proposed for investigations of large-size stick systems in order to facilitate studies of TFTs with channel length up to 1000 times that of the SWCNTs. The Monte Carlo simulations have led to fundamental understanding on stick percolation, including high-precision percolation threshold, universal finite-size scaling function, and dependence of critical conductivity exponents on assignment of component resistance. They have further generated understanding of practical issues regarding heterogeneous percolation systems and the doping effects in SWCNT TFTs.   Third, Monte Carlo simulations are conducted to explore new device structures for performance improvement of SWCNT TFTs. In particular, a novel device structure featuring composite SWCNT networks in the channel is predicted by the simulation and subsequently confirmed experimentally by another research group. Through Monte Carlo simulations, the compatibility of previously-proposed long-strip-channel SWCNT TFTs with ink-jet printing has also been demonstrated.   Finally, relatively sophisticated ink-jet printing techniques have been developed for SWCNT TFTs with long-strip channels. This research spans from SWCNT ink formulation to device design and fabrication. SWCNT TFTs are finally ink-jet printed on both silicon wafers and flexible Kapton substrates with fairly high electrical performance. / QC 20100910