Dans le vaste domaine des nanosciences et nanotechnologies, les nanotubes de carbone (NTC) suscitent un intérêt particulier en raison de leur structure originale qui leur confère des propriétés exceptionnelles. Alors que le nombre d'applications ainsi que la quantité de NTC produite ne cessent d'augmenter chaque année, il est essentiel de comprendre les mécanismes régissant la formation de ces nanomatériaux afin de contrôler leur structure et leur organisation, optimiser les rendements, diminuer les risques sanitaires et environnementaux et améliorer les performances des matériaux et composants sous-jacents. Parmi les techniques de synthèse répertoriées, la CVD d'aérosol (Chemical Vapor Deposition) développée au laboratoire MSSMat, permet la croissance continue de NTC multi-feuillets de haute qualité sur divers substrats par l'injection simultanée de sources carbonées liquide (xylène) et gazeuse (acétylène) et de précurseur catalytique (ferrocène) dans un réacteur porté à une température comprise entre 400 et 1000°C. L'objectif de cette étude a consisté à examiner les différentes étapes de la formation des NTC dès l'injection des précurseurs jusqu'à la fin de la croissance. Grâce une nouvelle approche expérimentale faisant intervenir plusieurs diagnostics in situ couplés à des modèles numériques, nous avons pu suivre l'évolution des différents réactifs et produits lors de synthèses dans des conditions thermodynamiques (flux de gaz et températures) et chimiques (concentrations des différents précurseurs) variées. De fait, après avoir examiné l'évolution spatiale des gouttelettes formées lors de l'injection, la germination des nanoparticules en phase gazeuse a été étudiée par incandescence induite par laser (L2I) et spectroscopie de plasma induit par laser (LIPS). Une relation entre la taille de ces particules et celle des NTC a ainsi pu être mise en évidence. Les réactions chimiques pendant la synthèse ont ensuite été analysées par spectrométrie de masse et chromatographie en phase gazeuse. Différents mécanismes réactionnels ont ainsi pu être identifiés en fonction des sources de carbone utilisées, alors que l'effet de l'hydrogène sur la croissance, soit accélérateur ou soit inhibiteur selon les conditions, a été étudié. Les rôles du substrat ont par ailleurs été examinés en comparant la croissance et la morphologie des NTC obtenus sur différentes surfaces telles que des plaques de quartz, des fibres de carbone ou des micro-particules d'alumine, de carbure de silicium, de carbure de titane et de graphène de formes variées. L'effet catalytique de certains substrats ou mélanges de substrats sur la croissance des NTC a d'ailleurs été mis en évidence, de même que l'importance du rapport surface/volume des substrats sur les rendements massiques des NTC. La cinétique de croissance des NTC a finalement été étudiée et différents mécanismes à l'origine de la désactivation des catalyseurs ont été identifiés. Enfin, les différentes nanostructures hybrides issues de la croissance de NTC sur différents substrats ont servi à concevoir des matériaux composites multi-fonctionnels à hautes-performances dont les propriétés électriques, thermiques et mécaniques ont été analysées.

Le graphène est une couche de carbone d’une épaisseur atomique pour laquelle les atomes de carbone sont hybridés sp². Il possède diverses propriétés remarquables supérieures à celles des autres matériaux connus. Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est une méthode prometteuse pour produire du graphène monocouche. Dans cette étude, du graphène monocouche a pu être synthétisé directement sur une feuille de Ni polycristallin par CVD sous pression atmosphérique à l'aide d'un refroidissement rapide. Par ailleurs, nous proposons une technique simple pour préparer du graphène monocouche homogène dont la croissance est réalisée simultanément sur deux feuilles de Cu et de Ni assemblés en bicouche métallique. L’application du refroidissement rapide induit la formation de Ni3C, qui permet de réutiliser la feuille de Ni jusqu'à 6 fois sans causer d’écart significatif de la qualité et l'uniformité du graphène produit. Ce travail a donc démontré avec succès que le coût moyen pour synthétiser une monocouche de graphène de haute qualité pouvait être réduit avec des procédés simples à mettre en œuvre / Graphene is a layer of sp2 hybridized carbon atoms with a thickness of only one atom. It possesses various magnificent properties that are not shared by other materials. To date, Chemical Vapor Deposition (CVD) is a promising method to produce wafer-scale graphene. From our study, monolayer graphene was grown directly on polycrystalline Ni foil under simple atmospheric pressure CVD with the assist of fast cooling. On the other hand, another facile technique was successful to grow uniform monolayer graphene simultaneously on both polycrystalline Ni and Cu foils using a Ni-Cu bilayer catalyst. The application of post-CVD fast cooling encourages the formation of Ni3C within the Ni foil, which subsequently enables the Ni foil to be reused again up to 6 cycles without causing a huge deviation. This work has successfully demonstrated a simple, novel and cost effective route to synthesize monolayer graphene with high quality

Les mousses de carbone vitreux à très forte porosité, qui résultent de la pyrolyse de mousses polymères, ont des propriétés mécaniques et thermiques inadaptées pour certaines applications structurales (absorption de choc, piles à combustible...). Lors de cette étude, des revêtements de pyrocarbone (PyC, à partir de propane) et de carbure de silicium (SiC, issu du mélange CH3SiCl3/H2) ont été mis en oeuvre par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et les conditions expérimentales ont été optimisées afin d’améliorer les propriétés des mousses. Les caractéristiques mécaniques, thermiques et de transport gazeux ont été évaluées respectivement grâce à des tests de compression uniaxiale et des mesures sur bancs de diffusivité flash et de perméabilité. Les propriétés physiques varient dans une grande proportion avec la densité relative. Grâce au contrôle de la composition, de la structure, de l’homogénéité d’épaisseur des dépôts et de la densité relative des mousses, le procédé de CVD permet d’adapter précisément leurs propriétés à une application précise. / High porosity open cell carbon foams, resulting from the pyrolysis polymeric foams, have inadequate properties for structural applications such as shock absorbers or fuel cells. In this study, pyrocarbon (PyC derived from propane) and silicon carbide (SiC from CH3SiCl3/H2 mixtures) coatings were prepared by Chemical Vapour Deposition (CVD) and the experimental conditions were optimized to improve the properties of the foams. The mechanical, thermal and gas transport properties were respectively assessed by uniaxial crushing tests, flash diffusivity and gas permeability measurements. The physical properties vary significantly with the relative density. The CVD process allows the tailoring of the foam properties, for a specific application, through an accurate control of the structure, the composition, the thickness uniformity of the coatings and the relative density of the foams.

Des revêtements céramiques sont obtenus par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par injection liquide pulsée (DLICVD) de précurseurs organométalliques. Des dépôts de carbure de chrome (CrCx) sont élaborés dans un réacteur tubulaire à paroi chaude à partir d’une solution de bis(benzène) chrome dans du toluène pour des températures de 475 °C et sous pression partielle d’azote (pression totale 50 Torr). Une couche d’accroche pouvant être nécessaire pour revêtir des pièces métalliques, tels des aciers et alliages, par un revêtement céramique non-oxyde de type CrCx, des couches de chrome métallique (Cr) et des carbures mixtes Cr-Si-C ont également été élaborées par ce procédé DLICVD. Ainsi, l’ajout d’un additif à base de chlore ou de soufre (par exemple l’hexachlorobenzène ou le thiophénol) dans la solution BBC/toluène permet la déposition de films de chrome métallique (Cr) à 475 °C. De plus, l’utilisation d’une solution de précurseur contenant simultanément du Si et du Cr tel que le tetrakis(trimethylsilylmethyl)chromium dans du toluène mène au dépôt d’un carbure mixte Cr-Si-C pouvant jouer le rôle d’interphase dans des assemblage céramique-métal. Des films de carbure de silicium (SiC) sont obtenus à partir de deux précurseurs (1,3 disilabutane et polysilyléthylène) injectés purs ou en solution également dans du toluène. Les dépôts sont faits dans une gamme de température comprise entre 700 et 800 °C, sous pression partielle d’azote (pression totale 50 Torr). Les films obtenus sont des films amorphes de SiC contenant une faible quantité d’hydrogène (provenant du mécanisme de décomposition des précurseurs) : a-SiC:H. Les films sont stœchiométriques dans le cas de l’injection de précurseur pur, et quasi stœchiométrique lorsque les précurseurs sont dilués dans du toluène. Les films amorphes tels que déposés deviennent nanocristallins en présentant la structure cubique du SiC après recuit sous vide à 1000 °C. L’influence du solvant (toluène) sur la composition, la morphologie et la vitesse de croissance des dépôts est discutée en fonction des systèmes chimiques étudiés et des conditions expérimentales, en particulier les conditions locales dans le réacteur DLICVD telles que les gradients de température et de concentration. Des films de carbure de hafnium (HfC) sont également élaborés par le même procédé à partir d’une solution de bis(cyclopentadiényl)diméthyl hafnium dans du toluène après avoir testé plusieurs précurseurs. Une température de 750 °C est utilisée et l’utilité d’une pression partielle de dihydrogène dans le gaz vecteur azote est démontrée (pression totale 50 Torr, 423 sccm de N2 et 77 sccm de H2). Tels que déposés, ces films sont riches en carbone (C-rich HfCx) et ont une structure quasi-amorphe. Ils deviennent nanocristallins après recuit sous vide à 1000 °C. Enfin, la mise en œuvre de films multicouches céramiques par DLICVD à paroi chaude est mise en évidence par l’élaboration de revêtements multicouches HfC/SiC à 750 °C, sous pression partielle d’un mélange de gaz vecteur N2/H2. Le contrôle du procédé permet une nano structuration de ces revêtements multicouches jusqu’à une bi-période de 100 nm (empilement de 100 couches d’environ 50 nm chacune). La stabilité thermique de ces architectures et des tests préliminaires de résistance à l’oxydation à haute température des films de SiC et HfC/SiC sont discutés. / Ceramic coatings are made from metalorganic precursors by a chemical vapour deposition process assisted by pulsed liquid injection (DLICVD). Chromium carbide (CrCx) films are grown in a tubular hot wall reactor from a solution of bis(benzene)chromium in toluene under partial pressure of nitrogen at 475 °C (total pressure set at 50 Torr). Bonding layers are useful on metallic components, such as steels and alloys, with non-oxide ceramic films such as CrCx, to that purpose metallic chromium (Cr) and mixed carbides Cr-Si-C have been made by DLICVD. Furthermore, adding a chlorinated or sulfur based additive (e.g. hexachlorobenzene or thiophenol) in the BBC/toluene solution allows depositing metallic chromium (Cr) at 475 °C. Moreover, using a precursor containing Si and Cr as tetrakis(trimethylsilylmethyl)-chromium in toluene leads to the deposition of Cr-Si-C mixed carbide. Silicon carbide films are made from two precursors (1,3-disilabutane and polysilylethylene) that have been injected either pure or diluted in toluene. A temperature range of 700 to 800 °C has been used under a partial pressure of nitrogen (total pressure of 50 Torr). SiC films are amorphous and contain a small quantity of hydrogen (hydrogen comes from precursor pyrolysis mechanism): a-SiC:H. Films are stoichiometric when pure precursors are injected, and quasi stoichiometric when precursors are diluted in toluene. As deposited coatings are amorphous and become nanocristalline (cubic SiC structure) after annealing at 1000 °C under vacuum. The influences of the solvent (toluene) on the composition, morphology and growth rate are discussed as a function of the chemical system and experimental conditions, in particular reactor gradient conditions such as temperature and precursors concentration in gas phase. Hafnium carbide films are also made using a solution of bis(cyclopentadiényl)diméthyl hafnium in toluene by the same process. Temperature is set to 750 °C and hydrogen partial pressure has been shown useful (total pressure of 50 Torr, 423 sccm of N2 and 77 sccm of H2). As-deposited films are C-rich HfCx and quasi amorphous. They become nanocristalline after annealing at 1000 °C under vacuum. Finally, ceramics multilayer HfC/SiC coatings were deposited by DLICVD at 750 °C under a partial pressure of a mixture of N2/H2. The process allows a good control of the multilayer nanostructure. Thermal stability and high temperature oxidation preliminary tests on SiC and HfC/SiC films are discussed.

Le sulfure de zinc est l'un des premiers semiconducteurs découverts. Il a un grand potentiel d’applications grâces à ses propriétés physicochimiques. Il est intensément utilisé dans des applications optoélectroniques, photocatalytiques et pour la détection de gaz. En particulier, il est utilisé pour des applications photovoltaïques. Dans ce contexte, nous avons commencé par l’étude de l’effet du dopage par des métaux de transition (manganèse, cobalt et cuivre) sur les propriétés structurales, microstructurales, morphologiques, optiques, électriques et magnétiques des couches minces de sulfure de zinc préparées par la technique de dépôt chimique en solution (chemical bath deposition (CBD)) par diffraction aux rayons X, spectroscopie photoélectronique X, spectroscopie Raman, spectroscopie infrarouge, microscopie électronique à balayage, spectrophotométrie UV-Vis-NIR, effet Hall et SQUID. En second lieu nous avons étudié l’effet de la variation de l’épaisseur des couches formant la cellule photovoltaïque à base de Cu(In,Ga)Se2 par la simulation numérique à deux dimensions sous éclairement AM1.5 de puissance 100 mW/cm2 effectué sous Silvaco ATLAS / Zinc sulfide is one of the first semiconductors discovered. It has great potential application thanks to its physicochemical properties. It is used extensively in optoelectronic, photocatalytic and gas detection applications. In particular, it is used for photovoltaic applications. In this work, the effect of doping by transition metals (manganese, cobalt and copper) on the structural, microstructural, morphological, optical, electrical and magnetic properties of zinc sulfide thin films prepared by chemical bath deposition (CBD) technique are studied by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, UV-VIS-NIR spectrophotometry, Hall effect and SQUID. The modeling and optimization of higher efficiency Cu(In,Ga)Se2 solar cells are also investigated in this thesis for various layers thickness by using Silvaco ATLAS

Le matériau composite Cu/NFC (Nano Fibre de Carbone) peut être utilisé en tant que drain thermique par les industriels de l'électronique de puissance. En remplacement du cuivre, il doit combiner une conductivité thermique élevée et un coefficient de dilatation thermique adapté à celui de la céramique du circuit imprimé (alumine ou nitrure d'aluminium). Après avoir étudié les propriétés de la matrice cuivre et des NFC, plusieurs méthodes de synthèse du composite Cu/NFC ont été développées. Le composite a tout d'abord été élaboré par métallurgie des poudres. Puis, dans le but d'améliorer l'homogénéité, il a été envisagé de revêtir individuellement chaque NFC par du cuivre déposé par voie chimique electroless ainsi que par une méthode originale de décomposition d'un sel métallique. Des mesures de densité et de propriétés thermiques (conductivité et dilatation) ainsi que les caractérisations microstructurales de ces matériaux montrent la complexité de l'élaboration d'un tel composite. En effet, la dispersion des nanofibres, la nature des interfaces fibres/matrice et surtout les phénomènes thermiques à l'échelle nanométrique sont autant de paramètres à contrôler afin d'obtenir les propriétés recherchées. La simulation numérique et analytique, qui a été mise en oeuvre en parallèle a été corrélée aux résultats expérimentaux, afin de prédire les propriétés finales de nos matériaux.

Les cellules solaires photovoltaïques organiques et les micro-accumulateurs au lithium sont constitués d'éléments sensibles à l'atmosphère. Afin de leur assurer une durée de vie raisonnable à l'air, il faut les protéger avec des matériaux barrières, ayant des perméabilités à la vapeur d'eau et à l'oxygène très faibles. La solution envisagée pour obtenir de tels matériaux a été le développement de couches minces, tels que l'oxyde et le nitrure de silicium, déposées par PECVD. Dans une première partie, deux méthodes de caractérisation des propriétés barrières ont été mises en place spécialement pour la caractérisation de faibles taux de perméation : le « test lithium » et la mesure de perméation à partir d'un perméamètre à haute sensibilité. Dans une seconde partie, une étude des matériaux en monocouche et en multicouche a été effectuée. Un système performant a été obtenu par l'empilement multicouche d'un même matériau SiOx, où un traitement plasma après chacune des couches permet de créer des interfaces. L'étude de ce post-traitement a permis la compréhension des phénomènes d'interfaces et l'influence de ceux-ci sur la perméation. Cette étude a également permis de proposer un modèle de diffusion des molécules de gaz à travers un empilement multicouche.

Dans le vaste domaine des nanosciences et nanotechnologies, les nanotubes de carbone (NTC) suscitent un intérêt particulier en raison de leur structure originale qui leur confère des propriétés exceptionnelles. Alors que le nombre d'applications ainsi que la quantité de NTC produite ne cessent d'augmenter chaque année, il est essentiel de comprendre les mécanismes régissant la formation de ces nanomatériaux afin de contrôler leur structure et leur organisation, optimiser les rendements, diminuer les risques sanitaires et environnementaux et améliorer les performances des matériaux et composants sous-jacents. Parmi les techniques de synthèse répertoriées, la CVD d'aérosol (Chemical Vapor Deposition) développée au laboratoire MSSMat, permet la croissance continue de NTC multi-feuillets de haute qualité sur divers substrats par l’injection simultanée de sources carbonées liquide (xylène) et gazeuse (acétylène) et de précurseur catalytique (ferrocène) dans un réacteur porté à une température comprise entre 400 et 1000°C. L'objectif de cette étude a consisté à examiner les différentes étapes de la formation des NTC dès l'injection des précurseurs jusqu'à la fin de la croissance. Grâce une nouvelle approche expérimentale faisant intervenir plusieurs diagnostics in situ couplés à des modèles numériques, nous avons pu suivre l'évolution des différents réactifs et produits lors de synthèses dans des conditions thermodynamiques (flux de gaz et températures) et chimiques (concentrations des différents précurseurs) variées. De fait, après avoir examiné l'évolution spatiale des gouttelettes formées lors de l'injection, la germination des nanoparticules en phase gazeuse a été étudiée par incandescence induite par laser (L2I) et spectroscopie de plasma induit par laser (LIPS). Une relation entre la taille de ces particules et celle des NTC a ainsi pu être mise en évidence. Les réactions chimiques pendant la synthèse ont ensuite été analysées par spectrométrie de masse et chromatographie en phase gazeuse. Différents mécanismes réactionnels ont ainsi pu être identifiés en fonction des sources de carbone utilisées, alors que l'effet de l'hydrogène sur la croissance, soit accélérateur ou soit inhibiteur selon les conditions, a été étudié. Les rôles du substrat ont par ailleurs été examinés en comparant la croissance et la morphologie des NTC obtenus sur différentes surfaces telles que des plaques de quartz, des fibres de carbone ou des micro-particules d'alumine, de carbure de silicium, de carbure de titane et de graphène de formes variées. L'effet catalytique de certains substrats ou mélanges de substrats sur la croissance des NTC a d'ailleurs été mis en évidence, de même que l'importance du rapport surface/volume des substrats sur les rendements massiques des NTC. La cinétique de croissance des NTC a finalement été étudiée et différents mécanismes à l'origine de la désactivation des catalyseurs ont été identifiés. Enfin, les différentes nanostructures hybrides issues de la croissance de NTC sur différents substrats ont servi à concevoir des matériaux composites multi-fonctionnels à hautes-performances dont les propriétés électriques, thermiques et mécaniques ont été analysées. / In the vast field of nanoscience and nanotechnology, carbon nanotubes (CNTs) are of particular interest because of their unique structure which provides them outstanding properties. While the number of CNT-based applications as well as the amount of CNTs produced are increasing year by year, it is essential to understand the mechanisms governing the formation of these nanomaterials to control their structure and organization, maximize the yields, reduce the health and environmental risks and improve the performance of the underlying materials and components. Among the listed synthesis techniques, the aerosol-assisted chemical vapor deposition (CVD) process developed in the laboratory MSSMat allows continuous growth of multi-walled CNTs (MWNTs) on various substrates by the simultaneous injection of carbon feedstock(s) (xylene and/or acetylene) and catalytic precursor (ferrocene) in a reactor heated up to a temperature ranging between 400 and 1000°C. The aim of this study was to analyse the different stages of the CNT formation from the first precursor injection until the growth termination. By the mean of a new experimental approach involving several in situ diagnostics coupled with numerical models, we were able to follow the evolution of the different products and reagents during the synthesis under various thermodynamic and chemical conditions. Hence, after investigating the spatial evolution of the droplets formed in the injection, the nanoparticle germination and nucleation in the gas phase has been studied by time resolved laser-induced incandescence (TRL2I) and laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). A relationship between the size of the particles and the CNTs has been highlighted. Moreover, the chemical reactions during the synthesis were analyzed by mass spectrometry (MS) and gas phase chromatography (GPC). Different reaction pathways have thus been identified depending on the carbon source(s) used, while the effect of hydrogen on the CNT growth, either accelerating or inhibiting based on the CVD conditions, was studied. The substrates' roles were then examined by comparing the growth and morphology of the CNTs obtained on various surfaces such as quartz plates, carbon fibers or micro-particles of alumina, silicon carbide, titanium carbide and graphene. The catalytic effect of some substrates or mixtures of substrates on the CNT growth has also been highlighted, as well as the importance of the substrate's surface/volume ratio on the CNT mass yields. Furthermore, the CNT growth kinetics have been studied and different mechanisms inducing catalyst deactivation and subsequently growth termination were identified. Finally, the different as-synthesized nanostructures originated from the hybridization of CNTs with other materials were used to prepare high-performance multi-functional composites. The electrical, thermal and mechanical properties of these materials have been examined.

Le graphène est un matériau prometteur pour de nombreuses applications du fait de ses propriétés exceptionnelles. Cependant, à la fois les propriétés et les rendements des graphènes et dérivés sont très variables et dépendants de la méthode de production utilisée. De ce fait, la méthode de production doit être développée en accord avec les besoins liés à l'application visée. Dans cette thèse, différents nanomatériaux dérivés du graphène ont été préparés en employant deux méthodes différentes, l'exfoliation en milieu liquide et la synthèse directe par dépôt chimique catalytique en phase vapeur (CVD), et une compréhension fondamentale sur la production de graphène a été acquise. Ces deux méthodes sont prometteuses en termes de qualité, de possibilité de production à grande échelle, de cout de production et enfin d'applications des différents "graphènes" obtenus. D'une part, l'exfoliation en milieu liquide permet de produire des dérivés du graphène tels que le few-layer graphene (FLG (<5 feuillets)) à relativement grande échelle, pour des applications telles que les nanocomposites. Le défi principal consiste à augmenter la concentration en FLG autant que possible, tout en conservant une bonne qualité. De ce fait, une étude comparative de l'exfoliation dans l'alcool isopropylique de 3 poudres de graphite différentes a été entreprise. Des suspensions de FLG de concentration élevée (?1,1 mg/ml) ont été obtenues en partant de poudre de graphite de surface spécifique élevée, par sonication dans l'alcool isopropylique (cuve, 90 min). Ces nanoparticules ont ensuite été incorporées dans des nanocomposites à matrice alumine. Ainsi, nous avons préparé par frittage SPS des nanocomposites à matrice céramique possédant des propriétés mécaniques, thermiques et électriques anisotropes. D'autre part, des films de graphène alliant une grande surface, prometteurs pour des applications dans le domaine de l'électronique, ont été synthétisés par CVD basse pression sur des feuilles de Cu. L'influence de l'atmosphère pendant le traitement thermique et la nature du catalyseur sur le niveau d'impuretés, la qualité des films de graphène synthétisés et leur uniformité en termes de nombre de feuillets a été étudiée. Des films de graphène CVD de haute qualité (très peu de désordre de structure) ont été utilisés pour la réalisation de dispositifs. Ces derniers ont été caractérisés à température ambiante en mesurant leur résistance électrique en fonction de la tension grille ainsi que par des mesures de transport en régime d'effet Hall quantique (basse température et forts champs magnétiques - pulsés). Les résultats préliminaires obtenus confirment que du graphène mono-feuillet possédant une bonne mobilité électronique atteignant jusqu'à 46500 cm²/Vs à température ambiante a pu être synthétisé avec succès. / Graphene is a promising material for many applications due to its unique properties. However, properties and yield of graphene-based materials show variations depending on which production route is used. Therefore, an appropriate production method has to be preferred according to the requirements of a specific application. In this thesis study, graphene-based materials have been successfully produced by liquid phase exfoliation (LPE) and chemical vapor deposition (CVD), which are promising graphene production methods in terms of quality, scalability, cost and applicability of the produced material to relevant applications, and a fundamental understanding on graphene production has been developed. LPE route allows one to produce graphene-based materials at a large-scale for applications such as nanocomposites. The challenge of this method is to increase graphene concentration as much as possible while maintaining the quality of the graphene flakes. Therefore, a comparative study, at which three different graphite-based powders were investigated as starting materials for an effective exfoliation process in isopropyl alcohol (IPA), was performed. High concentration (?1.1 mg/ml), few-layer (?5 layers) graphene-based dispersions were prepared by sonication in IPA within 90 min by utilizing a high surface area graphite nano-powder. This graphene-based material was then incorporated into Al2O3 matrix nanocomposites as a reinforcing/filler phase. Ceramic matrix nanocomposites which exhibit anisotropic mechanical, thermal and electrical properties have been successfully prepared by spark plasma sintering. On the other hand, large-area graphene films, which are promising for electronic applications, were synthesized via low-pressure CVD method over Cu-foils. The influence of ramping atmosphere and Cu foil characteristics on the impurity level, quality of the synthesized graphene films and their thickness uniformity was investigated. High quality CVD-grown graphene films with a significantly reduced disorder level were used for device fabrication and characterized in terms of their electrical resistance at room temperature as a function of gate voltage and transport property measurements in Quantum Hall Effect (QHE) regime (at low temperature and high magnetic field) by pulsed magnetic field experiments. The preliminary results confirmed that single layer graphene with a relatively high electronic mobility reaching up to ?46500 cm2/Vs at room temperature was successfully produced.

Le dépôt MOCVD, l’oxydation naturelle sous air et l’oxydation naturelle suivie d’un dépôt MOCVD ont été utilisés pour synthétiser des couches de zircone d’environ 1 µm d’épaisseur. Dans un premier temps, nous avons déterminé les conditions optimales pour le dépôt MOCVD sur le 304L et le Zy-4, à 400°C et 500°C. Les deux autres techniques nous ont permis d’obtenir des couches plus épaisses et de compositions différentes en termes de fractions de phases quadratique et monoclinique. Nous avons caractérisé les phases et les contraintes résiduelles dans les couches par DRX. Grâce à un chargement de flexion ou de traction dans l’enceinte d’un MEB, nous avons réalisé des essais de multifissuration. Sur le Zy-4, nous avons obtenu le schéma classique d’endommagement : apparition de fissures perpendiculaires à la direction d’extension, augmentation du nombre de fissures jusqu’à saturation de la multifissuration. Sur le 304L, nous avons observé une hétérogénéité de fissuration pour les couches les moins épaisses, qui peut être due à la taille des grains du substrat par rapport à l’épaisseur de couche. On montre que la distance entre les fissures à saturation ne dépend ni des phases, ni des contraintes résiduelles. Elle varie linéairement avec l’épaisseur de la couche. La modélisation par éléments finis des essais de flexion nous a permis d’obtenir la contrainte à l’amorçage des fissures. La résistance des couches ne dépend pas de la fraction de phase quadratique et ne semble pas dépendre des contraintes résiduelles, mais elle décroît lorsque l’épaisseur croît. La prise en compte des contraintes résiduelles pour expliquer l’amorçage des fissures conduit à supposer que ces contraintes sont fortement hétérogènes dans les couches. / MOCVD deposition, air thermal oxidation and thermal oxidation followed by MOCVD deposition were used to produce the zirconia layers. First, in order to obtain films of controlled thickness (a few microns), we determined the optimal MOCVD deposition conditions on the 304L and Zy-4, at 400°C and 500°C. The two other techniques allowed us to obtain thicker layers of different tetragonal phase fractions. The volume fraction of tetragonal phase of zirconia and the residual stresses in the layers was characterized by DRX. Multiple cracking tests were performed inside a SEM through bending or tensile tests. On the Zy-4, we obtained the classic damage scheme: cracks perpendicular to the extension direction appear and multiply until saturation. On the 304L, cracks were localized for the thinner layers; this may be due to the grain size of the substrate with respect to the layer thickness. For the layers obtained on Zy-4, the minimal distance between the cracks does not depend neither of the tetragonal phase fraction nor of the residual stresses. It varies linearly with the layer thickness. Using the finite element method, the stress at fracture initiation was obtained. It decreases with the increase of the layer thickness independently of the tetragonal phase fraction and of the residual stresses. To take into account the residual stresses in assessment of the layer strength, high residual stress gradient have to be supposed.