Bilan de l’étude bibliographique

Cette étude a ainsi permis de montrer l’existence de différents types de facteurs susceptibles d’avoir une influence sur les propriétés mécaniques et thermiques des tapis de NTCs alignés secs et infiltrés par une matrice donnée. On peut les classer en trois caractéristiques principales :

i) celles qui sont intrinsèques aux NTCs : leur longueur, leur diamètre externe moyen, leur structure plus ou moins cristalline ;

ii) celles qui s’avèrent liées à l’arrangement des NTCs les uns vis-à-vis des autres : la densité surfacique en nombre de NTCs, la teneur volumique en NTCs, le degré d’alignement, le nombre de contacts intertubes, la teneur volumique en NTCs, la direction de sollication par rapport à l’axe principal des NTCs ;

iii) celles relatives à l’ajout de la matrice au sein de l’espace intertube: l’interface NTC/matrice, le caractère plus ou moins homogène de la répartition des NTCs au seinn de la matrice, l’état de surface, l’épaisseur du matériau composite formé ;

Cependant, l’ensemble des travaux répertoriés démontrent l’effet de facteurs variant de façon concommittante sur les propriétés mécaniques et thermiques de tapis et nanocomposites 1D. Il est donc par conséquent difficile de quantifier de manière séparée l’influence propre et absolue de facteurs qui s’avèrent eux- même couplés les uns aux autres.

Au vu de la littérature, il apparaît que l’orientation préférentiellement longitudinale choisie pour les tapis secs de VACNT et les nanocomposite 1D « tapis de NTC verticalement alignés / matrice époxy » est un facteur essentiel permettant d’améliorer de façon significative les propriétés mécaniques ainsi que celles relatives à la conduction thermique par rapport à celles d’un composite constitué de NTC aléatoirement répartis ou bien encore de la matrice époxy seule dépourvue de nanocharges.

Cela est d’autant plus vérifiée qu’une configuration de tapis de NTC verticalement alignés dans une seule et même direction permet une augmentation plus aisée des valeurs de teneurs volumiques en NTC comparativement à celles atteignables au sein de composites à NTCs individualisés et aléatoirement répartis, lesquels nécessitent une étape de dispersion délicate limitant le taux de chargement de la suspension. Or le second paramètre exacerbant les propriétés à la fois mécaniques et thermiques (principalement leurs composantes longitudinales) est relatif à la teneur volumique en NTC alignés constituant le tapis ou les nanocomposites 1D. Pour rendre ce paramètre maximal, l’étude bibliographique a démontré qu’un nombre d’éléments conducteurs (NTC) élevé est nécessaire, notamment les travaux au niveau desquels les tapis sont mécaniquement densifiés en faisant se rapprocher les NTCs voisins les uns des autres sans que le diamètre externe des NTCs ne soit modifié ([Garcia, 2009], [Cebeci, 2009], [Handlin, 2013a et b], [Cebeci, 2014], [Lin, 2012], [Akoshima, 2009], [Marconnet, 2011]). Par conséquent une densité surfacique en nombre de NTCs la plus élevée possible implique d’imposer aux tapis synthétisés à la fois un espace intertube et un diamètre externe moyen (des NTCs les constituant) les plus faibles possibles. Au niveau des propriétés mécaniques à proprement parler, l’effet d’une caractéristique (longueur des NTC, diamètre externe, teneur volumique en NTC…) est souvent étudié dans la littérature au niveau des tapis de VACNT secs et beaucoup plus rarement au niveau des nanocomposites 1D. En revanche, il n’existe pas à notre connaissance une seule étude paramétrique complète ayant permis d’évaluer l’effet indépendant de plusieurs caractéristiques modulables d’un tapis obtenu via une seule méthode de synthèse sur les propriétés mécaniques telles que le module, la dureté, la contrainte à la rupture, l’allongement à la rupture... Ce travail de thèse va ainsi s’efforcer de trouver les conditions de synthèse adéquates permettant d’élaborer des tapis de NTC alignés

Chapitre 1 : Synthèse bibliographique

d’épaisseur, de diamètre externe moyen en NTC, d’espace intertube moyen, de teneur volumique en NTC et de facteur d’aspect respectivement différents de manière à statuer quant à leur effet éventuel sur les propriétés mécaniques des composites constitués de tapis de NTC alignés et à matrice époxy.

Concernant à présent les propriétés thermiques, l’effet de la longueur des NTC, du diamètre externe des NTC (ou du nombre de feuillets les constituant), de la teneur volumique en NTC, de la température ainsi que de la structure cristalline plus ou moins défectueuse des NTCs ont également été clairement démontrées au niveau des tapis secs de NTC alignés dans la littérature. Pour les composites constitués de tapis de VACNT, seule la teneur volumique en NTC semble avoir à l’heure actuelle un effet clair quant à une amélioration des propriétés thermiques à une température donnée. Néanmoins, l’effet du recuit sur les propriétés de conduction thermique de tapis de NTC alignés reste encore très peu étudié à l’heure actuelle. Seuls deux groupes de recherche américains (D.B. Geohegan et V. Prakash) ont ainsi démontré que l’application d’un traitement thermique à haute température (> 2 000 °C) permettait d’améliorer de façon très sensible les valeurs de conductivité thermique tant au niveau des tapis secs que des NTC individuels (dans la direction longitudinale). En revanche, cet effet n’a pas du tout été étudié au niveau de composites constitués de tapis de NTC alignés ayant subi un recuit (préalablement à leur infiltration). Par conséquent l’un des objectifs de ce travail de thèse consiste à déterminer l’effet probable de la structure des NTCs sur les propriétés thermiques de tapis de NTC alignés au regard des caractéristiques principales de ceux- ci. Afin de pouvoir établir des comparaisons avec la littérature, la teneur volumique en NTCs alignés des tapis synthétisés devront notamment être du même ordre de grandeur que celles atteintes par des tapis densifiés à l’issue de traitements de compaction. Ce travail de thèse va donc suivre les mêmes objectifs pour les propriétés thermiques de tapis de NTCs alignés (secs ou enrobés) que ceux énoncés précédemment pour les propriétés mécaniques. En particulier, il s’agira de déterminer les conditions de synthèse permettant d’élaborer des tapis de NTC alignés aux caractéristiques modulables (longueur, diamètre externe moyen en NTC, espace intertube moyen, teneur volumique en NTC, facteur d’aspect et structure cristalline) respectivement distinctes de façon à évaluer l’effet éventuel de ces différentes caractéristiques sur l’amélioration des propriétés thermiques étudiées, et à quantifier leur contribution respective.

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Chapitre 1 : Synthèse bibliographique

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[Ivanov, 2006]: Ilia Ivanov, Alexander Puretzky, Gyula Eres, Hsin Wang, Zhengwei Pan, Hongtao Cui, Rongying Jin, Jane