Dispersion of carbon materials by cholesterol based polymers in alkane solvents

Al Shboul, Ahmad (2018). « Dispersion of carbon materials by cholesterol based polymers in alkane solvents » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en chimie.

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Résumé

Actuellement, une attention considérable est apportée sur la recherche et le développement dans le domaine des appareils électroniques flexibles ou pliables, incitant ainsi des chercheurs à consacrer leurs travaux pour le développement de nouveaux matériaux électroactifs. En effet, ces matériaux doivent posséder des propriétés électriques semblables aux métaux conventionnels tels que le cuivre ou l'argent, avec l'élasticité et la grande maniabilité des polymères. Dans ce sens, la découverte de matériaux à base de carbone (CMs) plus précisément le graphène et les nanotubes de carbone (CNTs) a déclenché une révolution dans le domaine des nanosciences et des nanotechnologies. En effet, les CM présentent des propriétés physiques et chimiques extraordinaires qui peuvent être utilisées dans plusieurs domaines émergents. Toutefois, leur application sur une large échelle est limitée par plusieurs contraintes, telles que la qualité et la pureté du matériau recherché, le coût de production ainsi que la scalabilité des techniques de production. Pour les CM, en plus des techniques d'exfoliation directe du graphène à partir du graphite, l'oxydation chimique suivie par la réduction du graphite représente une des méthodes les plus connues pour la production du graphène. Cependant, une telle technique conduit à la production de l'oxyde de graphène réduit (RGO) qui contient des domaines sp2 répartis sur une structure de carbone désordonnée. Ainsi, le RGO obtenu a des propriétés structurale et électrique inférieures à celui du pur graphène. Par ailleurs, dans le même ordre d'idées, les techniques de production des nanotubes de carbone à monoparoi (SWNTs) génèrent des mélanges hétérogènes de nanotubes. Ces mélanges contiennent des SWNT avec une chiralité, un diamètre, une longueur et une conductivité électrique (métalliques ou semiconducteurs) différentes. Afin d'obtenir les propriétés électroniques désirées de ces CM, il faut élaborer une méthode efficace pour les sélectionner et les purifier. Pour cette raison, nous avons développé dans ce travail un processus de séparation intitulé : double extraction en phase liquide (DLPE). Dans ce procédé, un polymère à base de cholestérol a été utilisé pour extraire le matériel carboné d'un solvant aqueux à partir d'un solvant organique. Dans cette thèse, des matériaux à base de carbone de haute qualité et de polymère à base du cholestérol comme dispersant ont été préparés dans un milieu aqueux contenant des solvants d'alcanes à haute concentration. Par ailleurs, la méthode d'exfoliation directe du graphite a été utilisée pour la fabrication d'une encre conductrice à base du graphène et à séchage rapide en présence d'isooctane. Une encre de graphène avec une concentration plus élevée de l'ordre de 4 mg/mL a été développée. Ainsi, à l'aide d'un simple stylo à bille, l'encre développée a pu être utilisée de manière fiable et répétée pour l'écriture sur des surfaces en verre. Le ratio graphène/polymère peut jouer un rôle crucial dans le contrôle et la stabilité de la dispersion, le revêtement de la surface ainsi que la continuité des films du graphène. Les propriétés structurelles et électriques des films de graphène ont été corrélées au revêtement de la surface par les flocons de graphène dispersés dans le cholestérol. En résumé, nous avons utilisé dans ce travailla méthode DLPE pour la sélection des flocons du RGO en présence d'isooctane. On a pu déterminer que la stabilité colloïdale graphène/polymère est influencée par le pH de la phase aqueuse, la température ainsi que la concentration du polymère. Nous avons évalué la complexité de l'équilibre entre la stabilisation colloïdale du RGO et les paramètres opérationnels. Nous avons trouvé que le pH proche de la neutralité, la température ambiante et la concentration de 0,25 mg/mL du polymère, sont des paramètres opérationnels optimaux pour avoir une meilleure stabilité colloïdale. Notablement, des flocons de haute qualité sont collectés dans un milieu d'isooctane, laissant les feuilles de l'RGO d'une qualité moindre dans l'eau. La qualité des flocons de l'RGO a été déterminé par des méthodes de caractérisation telles que la spectroscopie Raman, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), la photoluminescence (PL) et le diffractomètre à rayons X (XRD). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Matériaux à base de carbone, Graphène, Oxyde de Graphène Réduit, cholestérol du polymère, dispersion, Double Extraction en Phase Liquide.

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Siaj, Mohamed
Mots-clés ou Sujets: Composés de carbone / Matériaux / Graphène / Oxyde de graphène / Polymères / Cholestérol / Dispersion / Double extraction en phase liquide / Encre / Électronique flexible
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département de chimie
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 31 juill. 2018 12:18
Dernière modification: 31 juill. 2018 12:18
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/11470

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