Synthèse et caractérisation de nanocomposites d'argile et de graphène formés à partir de précurseurs organiques

Boussaboun, Zakariae (2016). Synthèse et caractérisation de nanocomposites d'argile et de graphène formés à partir de précurseurs organiques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les minéraux d’argile sont des catalyseurs possibles pour la formation du graphène à partir de précurseurs organiques, comme le saccharose. Les argiles sont abondantes, sécuritaires et économiques pour la formation du graphène. L’objectif principal de ce mémoire est de démontrer qu’il est possible de synthétiser un matériau hybride contenant de l’argile et du graphène. La préparation de ces matériaux carbonés à base de l’argile (bentonite et cloisite) et le saccharose a été réalisée selon deux méthodes. La première méthode est faite en trois étapes : 1) période de contact entre l’argile et la source de carbone dans un environnement humide, 2) infiltration de la matière carbonée et transformation au four à micro-onde, 3)chauffage à 750°C sous azote pour obtenir des matériaux carbonés. Par contre la deuxième méthode est faite en deux étapes, sans micro-onde, et avec une augmentation de la quantité de source de carbone (saccharose et alginate).

La caractérisation du matériau a permis de suivre les réactions de transformation de la source de carbone vers le graphène. Cette caractérisation a été faite par la spectroscopie IRTF et Raman, l’analyse thermogravimétrique (TGA), la surface spécifique (méthode BET) et le microscope électronique à balayage (MEB). La conductivité électrique a été mesurée par un spectromètre diélectrique et en fonction de la pression appliquée avec un multimètre. Le matériau réalisé était incorporé dans une matrice avec un polyéthylène à basse densité pour avoir un polymère avec des caractéristiques spécifiques. La conductivité thermique a été ensuite mesurée suivant la norme ASTM E1530.

L’échantillon réalisé avec la deuxième méthode avec une proportion de bentonite pour 5 proportions de saccharose (M2 B1 : S5) signale la possibilité de produire des matériaux de graphène à partir de ressources naturelles. La surface spécifique a considérablement augmenté de (75,88 m/g) pour bentonite non traiter à (139,76 m2/g) pour l’échantillon (M2 B1 : S5). Une augmentation significative de la conductivité par pression (95,3 S/m sous une pression de 6,5 MPa par rapport à 1,45*10-3 S/m pour la bentonite) et la conductivité thermique dans le polyéthylène basse densité à une concentration de 10% d’additif (0,332 W/m.K à 0,279 W/m.K) ont été observés pour le même échantillon M2 B1 : S5 comparativement à la bentonite non traitée. Les applications possibles sont par exemple les senseurs et les actuateurs par pression.

Titre traduit

Synthesis and caracterization of nanocomposites of clay and graphene formed from organic precursors

Résumé traduit

The clay minerals are potential catalysts for the formation of graphene from organic precursors, such as sucrose. Clays are abundant, safe and economic for the formation of graphene. The main objective of this paper is to demonstrate that it is possible to synthesize a hybrid material containing clay and graphene. The preparation of these carbonaceous materials based in clay (bentonite and cloisite) and sucrose was carried out using two methods. The first method is conducted in three steps: 1) period of contact between the clay and the carbon source in a wet environment, 2) infiltration of the carbonaceous material and processing the microwave oven, 3) heating to 750° C under nitrogen for carbon materials. Against by the second method was made in two steps, without microwave, and with an increased carbon source (sucrose and alginate).

The characterization of the material allowed following the transformation reactions of the carbon source to graphene. FTIR and Raman spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), the specific surface area (BET method) and the scanning electron microscope (SEM) were used for characterization. The electrical conductivity was measured by a spectrometer and dielectric function of the pressure applied with a multimeter. The material produced was incorporated into a matrix with a low-density polyethylene (LDPE) to have a polymer with specific characteristics. The thermal conductivity was then measured according to ASTM E1530.

The sample made with the second method with a proportion of bentonite for 5 proportions of sucrose (M2 B1: S5) indicates the possibility of producing graphene materials from natural resources. The surface area increased significantly from (75.88 m2/g) for untreated bentonite to (139.76 m2/g) for the sample M2 B1: S5. A significant increase of the conductivity by pressure was measured (95.3 S/m under a pressure of 6.5 MPa as compared to 1.45*10-3 S /m of bentonite). The thermal conductivity in low-density polyethylene at a concentration 10% additive was 0.332 W/m.K, as compared to 0.279 W/m.K for only bentonite. Possible applications include sensors and actuators by pressure.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Bibliographie : pages 117-124.
Mots-clés libres:	Matériaux nanocomposites. Graphène Malaxage. Bentonite Malaxage. Argile Malaxage. Nanomatériaux Propriétés électriques. Nanomatériaux Propriétés thermiques. cloisite, organique, précurseur, procédure, synthèse, caractérisation, conductivité électrique et thermique, graphène
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Ouellet-Plamondon, Claudiane
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	28 mars 2017 20:40
Dernière modification:	01 nov. 2022 17:40
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1850

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