cette étude (déterminant la quantité de polymère éliminée) sont de 2, 5 et 7 minutes.
2.5 Techniques de mesure de transport électrique
2.5.1 Mesures à température ambiante
2.5.1.1 Mesures macroscopiques Montage 2 pointes
La méthode deux pointes (Fig. 2.19) consiste en l’utilisation de deux électrodes reliées à un générateur de courant qui mesure la tension et le courant entre ces deux électrodes. Chaque électrode est contactée à l’opposée l’une de l’autre de part et d’autre du composite (mesure longitudinale – Fig. 2.19a) ou sur la même face (mesure transverse – Fig.2.19b).
(a) (b)
Figure 2.19 – Schéma des contacts en mode 2 pointes ((a) longitudinal, (b) transverse
Montage 4 pointes
La méthode 4 pointes utilise quatre points de contact afin de séparer la mesure de la tension et du courant injecté dans l’échantillon, et par là limiter les contributions des contacts et des câbles dans la mesure de la résistance (Fig.2.20). Usuellement, les contacts sont placés en ligne, les électrodes injectant le courant aux extrémités et la mesure de la tension à l’intérieur.
Ce montage est facile à faire dans le cas de la mesure transverse, mais n’est pas possible pour la mesure longitudinale, car il n’y a pas d’accès à l’intérieur de composite pour les électrodes de mesure de la tension. Deux architectures de contact ont été développées pour se rapprocher d’un montage de type 4 pointes.
La première architecture consiste en la réalisation d’un montage 4 pointes sur les dépôts d’or (Fig. 2.21a), permettant de s’affranchir du circuit de mesure, mais pas de l’intéraction or/matériau composite. Le dispositif de la Fig.2.18 possède deux fils par dépôt d’or afin de satisfaire ce montage 4 points.
26 Chapitre 2. Techniques expérimentales
Figure2.20 – Schéma électrique du montage 4 fils (adapté de la notice de l’appareil) La deuxième architecture est issue d’une collaboration avec l’IMN-Nantes (équipe d’O. Chau- vet). Celui-ci consiste en l’utilisation de la conductivité transverse dans le matériau composite afin de séparer l’injection du courant électrique et de la différence de potentiel. Elle est réalisée par l’utilisation de deux groupes de deux dépôts de laque d’argent de forme rectangulaire, l’un encadrant l’autre, chaque groupe situé à l’opposé l’un de l’autre (Fig.2.21b).
(a) (b) (c)
Figure2.21 – Schéma des contacts en mode 4 pointes ((a) longitudinal par électrodes d’or, (b) longitudinal par électrodes en laque d’argent, (c) transverse par électrodes en laque d’argent
2.5.1.2 Mesures locales
Current-Sensing AFM (CS-AFM)
Le current-sensing AFM consiste en la mesure de la conduction électrique entre la pointe et la platine de l’AFM en simultané avec la mesure topographique (Fig.2.22). Ceci permet une mesure locale de la résistance du matériau cartographié.
Les mesures ont été effectuées en collaboration avec CEA-IRAMIS-SPCSI (équipe de J. Cousty). L’AFM utilisé durant mes mesures est le même appareil que celui utilisé pour les mesures AFM classiques, et équipé avec un module « Resiscope » de Scientech [Houze 1996] permettant des mesures à température et pression ambiante. L’une des particularités de l’appareil utilisé est la présence d’un pré-amplifieur logarithmique pour des mesures à gain variable (bande passante
2.5. Techniques de mesure de transport électrique 27 supérieure à 10 Hz) et une très large gamme dynamique de courant, de 10 · 10−10
A à 10 · 10−3
A (c’est-à-dire huit ordres de grandeur).
Le contact électrique de la pointe avec l’échantillon est réalisé par une couche conductrice en platine (Pt) de 70 nm recouvrant la pointe en silice. L’échantillon est contacté à la platine par une couche de laque d’argent sur toute sa surface opposée à la mesure.
La résolution de la mesure de courant peut être estimée en calculant l’aire de contact entre l’échantillon et la pointe par un calcul de résistance des matériaux. Selon la loi d’Hertz [Johnson 1985], appliquée dans le cas d’un contact sphère/plan avec des matériaux différents : a = (3 4. F.Rt E ) 1/3 (2.1)
a est le rayon de la zone de contact, F est la force appliquée par la pointe sur l’échantillon, Rt
est le rayon de courbure de la pointe et E tel que : 1 E = 1 − ν12 E1 + 1 − ν2 2 E2 (2.2) avec Ei et νi respectivement le module d’Young et le coefficient de Poisson du matériau.
La zone de contact des échantillons de matériau composite varie donc selon que la pointe contacte la matrice polymère ou les NTCs. Les dimensions théoriques de cette zone peuvent être calculées en prenant comme valeurs numériques F = 20 nN, Rt = 60 nm, ν1 = ν2 = 0, 33,
Epointe = 168 GP a, Enanotube = 1000 GP a et Eepoxy = 3, 5 GP a . Le diamètre théorique de la
zone de contact sur un nanotube est de 3, 8 nm, c’est-à-dire une aire de 11 nm2 (c’est-à-dire
des dimensions strictement inférieures à celles des NTCs – voir Chapitre 3) et l’aire théorique de contact sur le polymère de 140 nm2.
28 Chapitre 2. Techniques expérimentales
2.5.2 Mesures à basse température
Appareil de mesure des propriétés de magnéto-transport
Ces mesures ont été réalisées en collaboration avec CEA-IRAMIS-SPCSI (équipe de J.-B. Moussy), sur un appareil de la Société Quantum Design relié à une alimentation de la marque Keithley.
Cet appareil consiste en un porte-échantillon placé au bout d’une canne au centre d’un aimant longitudinal et refroidi à température contrôlée (Fig.2.23). Le porte-échantillon est relié à un module de mesure de conductivité et permet de réaliser jusqu’à trois mesures 4 pointes en simultané. L’appareil permet de mesurer les conductances d’échantillons dans une gamme de courant de valeur absolue comprise entre 0.02 µA et 5 mA , dans un champ magnétique variant entre −7 et 7 T et dans une gamme de température entre 1, 9 et 400 K (par un refroidissement par double cryostat à l’hélium liquide et à l’azote liquide).
Figure2.23 – Schéma de la vue éclatée de la chambre de mesure à basse température T et en champ magnétique H.
Chapitre 3
Élaboration et caractérisations
physico-chimiques des matériaux
composites
Sommaire
3.1 Synthèse, traitement thermique et caractérisation des NTCs alignés. 30
3.1.1 Paramètres de synthèse et de traitement thermique . . . 30
3.1.2 Caractérisation des nanotubes verticalement alignés (VACNTs) . . . 30