Plasma based assembly and engineering of advanced carbon nanostructures

Plasmas appliqués à la production de nanostructures de carbone avancées L’environnement réactif du plasma constitue un outil puissant dans la science des matériaux, permettant la création de matériaux innovatifs et l'amélioration de matériaux existants qui ne serait autrement pas possible.Le plasma fournit simultanément des fluxes de particules chargées, des molécules chimiquement actives, des radicaux, de la chaleur, des photons, qui peuvent fortement influencer les voies d'assemblage à différentes échelles temporelles et spatiales, y compris à l’échelle atomique.Dans cette thèse de doctorat, des méthodes tenant pour base des plasmas micro-ondes ont été utilisées pour la synthèse de nanomatériaux de carbone, y compris graphène, graphène dopé à l'azote (N-graphène) et structures de type diamant.À cette fin, ce travail est lié à optimisation de la synthèse de nanostructures 2D du carbone, comme graphène et N-graphène par la poursuite de l'élaboration et du raffinement de la méthode développée en Plasma Engineering Laboratory (PEL). La synthèse de graphène de haute qualité et en grandes quantités a été accomplie avec succès en utilisant des plasmas d'Ar-éthanol à ondes de surface dans des conditions de pression ambiante. De plus, le N-graphène a été synthétisé par un procédé en une seule étape, de l'azote a été ajouté au mélange d’Ar-éthanol, et par un procédé en deux étapes, en soumettant des feuilles de graphène préalablement synthétisées ont été exposées à un traitement plasma argon-azote à basse pression. Les atomes d'azote ont été incorporés avec succès dans le réseau de graphène hexagonal, formant principalement liaisons pyrroliques, pyridiniques et quaternaires. Un niveau de dopage de 25 at.% a été atteint.Différents types de nanostructures de carbone, y compris du graphène et des structures de type diamant, ont été synthétisées au moyen d'un plasma d’argon en utilisant du méthane et du dioxyde de carbone comme précurseurs du carbone.De plus, des plasmas à couplage capacitif ont également été utilisés pour la fonctionnalisation du graphène et pour la synthèse de nanocomposites, tels que les composites de Polyaniline (PANI)-graphène. Les utilisations potentielles de ces matériaux ont été étudiées et les deux structures ont démontré avoir des attributs remarquables pour leur application aux biocapteurs.