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ICMCB --- Élaboration de composite cuivre/ nanotubes de carbone. ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites ». Drain thermiques Cu/NTC Planning de l’ACI. NTC et VGCF Fonctionnalisation - PowerPoint PPT Presentation
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1
ICMCBICMCB------
Élaboration de composite cuivre/ Élaboration de composite cuivre/ nanotubes de carbonenanotubes de carbone
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des par l'organisation de nanotubes de carbone dans des
nanocomposites »nanocomposites »
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
22
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
33
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1. Drain thermiques Cu/NTC
2. Planning de l’ACI
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
44
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
55
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1. Optimisation de la vitesse de dépôt
2. Dépôt su NTC
3. Thèse
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
66
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
Drains thermiques Cu/NTCDrains thermiques Cu/NTC
1. Drain thermiques Cu/NTC
2. Planning de l’ACI
• Application : fiabilité des systèmes électronique de forte puissance
• Problème : éviter la l’apparition de points chauds
• Solution : Drain thermique composite à propriétés thermiques adaptatives
Drain thermiqueCu/C (fibre)
Puce en silicium
Substrat céramique
Joint de brasure
Films minces en cuivre
Drain thermiqueCu/C (NTC)
CDT < 12 10-6/°C et CT > 400 W/mK (CT du cuivre)
CDT < 10 10-6 /°C et 200 W/mK < CT < 300 W/mK
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77
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
Planning de l’ACIPlanning de l’ACI
1. Drain thermiques Cu/NTC
2. Planning de l’ACI
Janvier 2004
Janvier 2005
Synthèse de poudre composite
Janvier 2005
Janvier 2006
Densification et mise en forme
Réunion Toulouse
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
88
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
NTC et VGCF NTC et VGCF
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
1 µm
Fibres de carbone nanofibres nanotubesdiamètre 10 µm 150 nm 2 nmlongueur 100 -500 µm 10 - 20 µm 2 µmfacteut de forme 10 100 1000coût 10 €/kg 500 €/kg 100 €/gdépôt de cuivre Optimisé En cours d'optimisation A venir% vol de carbone 40% 20% 1-10%caractérisation aisé difficile très difficile
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
99
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
FonctionnalisationFonctionnalisation
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
• Bibliographie
• Protocole opératoire
• Résultats
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
1010
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
Bain électrolessBain électroless
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
• Premiers tests
• Protocole opératoirere actuel
• Résultats
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
1111
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
Optimisation de la vitesse de dépôtOptimisation de la vitesse de dépôt
1. Optimisation de la vitesse de dépôt
2. Dépôt su NTC
3. Thèse
• pHpH
• additifs supplémentairesadditifs supplémentaires
• concentrationconcentration
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
1212
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
Dépôt sur NTCDépôt sur NTC
1. Optimisation de la vitesse de dépôt
2. Dépôt su NTC
3. Thèse
•Transposition directes sur les Transposition directes sur les nanotubesnanotubes
• Adaptation de la concentration de Adaptation de la concentration de cuivre pour obtenir un pourcentage cuivre pour obtenir un pourcentage volumique en carbone plus faiblevolumique en carbone plus faible
• Test de densificationTest de densification
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
1313
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
ThèseThèse
1. Optimisation de la vitesse de dépôt
2. Dépôt su NTC
3. Thèse
• Titre :Titre : Composites fonctionnels à nanotubes de carbone Composites fonctionnels à nanotubes de carbone
• Directeurs de thèse :Directeurs de thèse : J.M. HEINTZ et J.F. SILVAIN J.M. HEINTZ et J.F. SILVAIN
• Thésard :Thésard : Karim Demou Karim Demou
• Début :Début : Octobre 2004 Octobre 2004
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
1414
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
Composition du bain
Technique T°C TempsType de
dépôtPhoto Publication
HNO3
Bain à reflux
24h Pd
Lago, R. M., S. C. Tsang, et al. (1995). "Filling
carbon nanotubes with small palladium metal
crystallites: the effect of surface acid groups." J.
Chem. Soc., Chem. Commun.(13): 1355-1356.
H2SO4 (98%),
HNO3 (70%), 1:2/3
Bain à reflux
140°C 6h Cu
Ang, L. M., T. S. A. Hor, et al. (2000). "Decoration
of activated carbon nanotubes with copper and nickel." Carbon 38(3): 363-
372.
H2SO4, HNO3, 1:1
Bain à reflux
5h Pt
Yu, R. Q., L. W. Chen, et al. (1998). "Platinum deposition on carbon
nanotubes via chemical modification." Chemistry of Materials 10(3): 718-722.
0,38M de K2Cr2O7 et
4,5M de H2SO4
Bain à reflux
60°C Co
Chen, X., J. Xia, et al. (2000). "Carbon-nanotube metal-matrix composites prepared by electroless plating." Compos. Sci.
Technol. 60(2): 301-306.
HNO3 et HF concentré
séparement
Bain à reflux
24h et 48h
Ni
Kong, F. Z., X. B. Zhang, et al. (2002). Continuous
Ni-layer on multiwall carbon nanotubes by an
electroless plating method. Surface and
Coatings Technology. 155: 33-36.
HNO3 (68%)Bain à reflux
125°C 24h CuO
Hua-Qiang Wu a, Xian-Wen Wei (2002).
Synthesis of copper oxide nanoparticles using
carbon nanotubes as templates. 364: 152–156
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
1515
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
Dépôt “Electroless”Dépôt “Electroless”
Procédé à 3 étapes
Sensibilisation : SnCl2 (solution acide)
Activation : PdCl2 (solution acide)
Dépôt : CuSO4 + complexant + agent réducteur
(solution basique)
Méthode chimique par voie aqueuse : dépôt de films minces métallique
Procédé sans apport de courantRéactions d’oxydo-réduction en milieu aqueux
Pd utilisé comme catalyseur de réaction
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
1616
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
Mécanisme de dépôt (étude Mécanisme de dépôt (étude Cu/AlCu/Al22OO33))
1) Étape de sensibilisation
Adsorption sur le substrat de Sn2+ et Sn4+ (2Sn2+ + O2(d) + 4H+ 2Sn4+ + 2H2O)
Croissance de clusters de SnO2 (présence d’une fine couche Sn métallique en surface)
2) Étape d’activation
Adsorption de Pd2+ et Pd0 (Pd2+ + Sn2+ Pd0 + Sn4+)
Redissolution partielle des clusters d’étain
Dépôt sous forme de Pd0 et PdCl2
3) Cuivrage chimique
Réduction des clusters de PdO par le formaldehyde Pd0
Dépôt du cuivre (formation d’un alliage à l’interface)
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
1717
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
Paramètres d’essai :
• Acides utilisés
• Temps de traitement
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
Acide testé :
• acide nitrique : 6h – 12h – 24h
• acide nitrique + acide chlorhydrique : 24h
•Acide nitrique + acide sulfurique : 2h – 6h
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
1818
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
Nanofibres :Nanofibres :• Filtration :Filtration :
Obtention d’une galette après séchage à l’étuveObtention d’une galette après séchage à l’étuve
• Dispersion dan l’eau :Dispersion dan l’eau :Suspension non stable après ultrasonSuspension non stable après ultrason
Nanotubes :Nanotubes :• Filtration :Filtration :
Obtention d’un film après séchage à l’étuveObtention d’un film après séchage à l’étuve
• Dispersion dans l’eau :Dispersion dans l’eau :Suspension stable après ultrasonSuspension stable après ultrason
• Caractérisation :Caractérisation :
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
1919
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
poudre Dispersion dans l'eau
Quantité d'oxygène (XPS³)
VGCF non 0,60%VGCF
+(HNO3 12h) non 2,20%
VGCF
+(HNO3 /
H2SO42:3 vol
2h)
oui 11,00%
VGCF
+(HNO3 /
H2SO4 2:3
vol 6h)
oui 15,00%
12
24
14
05
12
59
79
68
52
10
24
29
64
29
04
10
64
70
2
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
600800100012001400160018002000220024002600280030003200
Nombre d'onde en cm-1
Ab
so
rba
nc
e
CNT non fonctionnalisés
CNTOx
Résultats XPS sur les nanofibres fonctionnalisées avec le mélange d’acide
Résultats FTIR sur les nanotubes fonctionnalisés
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
2020
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
Premiers tests
poudre Quantité d'étain
Quantité de palladium
Quantité de cuivre
MEB MEB
VGCF +(HNO3 12h)
+ (Sn1h)
5%
VGCF +(HNO3 /
H2SO46h) + (Sn48h)
+ Pd
2,50% 0,10%
VGCF +(HNO3 /
H2SO46h) + (Sn1h)
Pd Cu
0% 0,20% 16%
VGCF +(HNO3 /
H2SO46h) +
(Sn144h) + Pd + Cu
5% 1,20% 13%
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
2121
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
Protocole opératoire utiliséProtocole opératoire utilisé
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
Bain de sensibilisation au chlorure d'étainBain de sensibilisation au chlorure d'étain• 10g/L de SnCl10g/L de SnCl22 • 40mL/L de HCl40mL/L de HCl• 50mg de NTC50mg de NTC
Bain d'activation au chlorure de palladiumBain d'activation au chlorure de palladium• 0,25g/L de PdCl0,25g/L de PdCl22• 2,5mL/L de HCl2,5mL/L de HCl
Bain de cuivreBain de cuivre• 10g/L de CuSO10g/L de CuSO44
• 50g/L de KNaC50g/L de KNaC44HH44OO66
• 15mL/L de HCHO15mL/L de HCHO
• Étain et palladium :Étain et palladium :
Quelques % d’étain et trace de palladium à l’XPSQuelques % d’étain et trace de palladium à l’XPS
• Dépôt de cuivre :Dépôt de cuivre :
Jusqu’à 30% de cuivre mais plus de cuivre sous Jusqu’à 30% de cuivre mais plus de cuivre sous forme d’agrégats et peu de dépôt sur les fibresforme d’agrégats et peu de dépôt sur les fibres
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
2222
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
Résultats sur les bainsRésultats sur les bains
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
poudre Quantité d'étain
Quantité de palladium
Quantité de cuivre
VGCF +(HNO3 / H2SO46h) + Sn
+ Pd + Cu0% 0% 30%
500 nm
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
2323
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
Variation du taux de cuivre en Variation du taux de cuivre en surfacesurface
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless 10
20
30
40
50
60
70
C 1s O 1s Cu 2p
333 US Après BI3310 US Après BI3330 US Après BI333 SSUS Après BI
Ato
mic
%
Evolution de la fraction atomique de cuivre en fonction du temps de séjour des NFC dans le bain de cuivre (3 min, 10 min et 30
min)et des conditions de dépôt : avec ultrason (US) et sans US (SSUS)
(temps de séjour constant dans les bain de Sn et Pd (3 min))
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
2424
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
2525
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1.1. NTC et VGCF NTC et VGCF
2.2. FonctionnalisationFonctionnalisation
3.3. Bain electrolessBain electroless
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
2626
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1.1. NTC et VGCF NTC et VGCF
2.2. FonctionnalisationFonctionnalisation
3.3. Bain electrolessBain electroless
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
2727
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1. NTC et VGCF
2. Fonctionnalisation
3. Bain electroless
ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS ACI « Contrôle de la conductivité et de la dilatation thermique par l'organisation de nanotubes de carbone dans des nanocomposites » NR036 NTC-DRAINS 20032003
2828
ObjectifsObjectifs
Travaux en coursTravaux en cours
Études à venirÉtudes à venir
1.1. NTC et VGCF NTC et VGCF
2.2. FonctionnalisationFonctionnalisation
3.3. Bain electrolessBain electroless