Suspended carbon nanotube beams fabricated by a low temperature surface micromachined process for humidity and gas sensing

Résumé

Le monde dans lequel nous vivons aujourd'hui est connecté de plus de façons que nous ne pouvons l'imaginer. Les appareils intelligents et les réseaux sont au coeur de notre vie quotidienne. L'avènement de l'Internet des objets et de l'industrie 4.0 nécessite différents types de capteurs fonctionnants conjointement. Gardant cela à l'esprit, cette thèse explore l'application des nanotubes de carbone à simple paroi en suspension pour la détection de gaz. Les détecteurs de gaz sont utilisés dans une variété d'environnements tels que les hôpitaux, les navettes spatiales et les cuisines domestiques pour détecter et empêcher les fuites de gaz dangereux. Une variété de matériaux tels que les polymères, la céramique et les oxydes métalliques et les mécanismes de détection ont été utilisés pour identifier divers gaz. Plus récemment, les nanotubes de carbone ont suscité une attention considérable pour les applications de détection de gaz en raison de leurs excellentes propriétés électriques et de leur facilité de modification de surface. Avec les progrès des techniques de production, le coût de production des nanotubes de carbone a considérablement diminué, ce qui a permis le développement de capteurs de gaz à base de nanotubes de carbone. Bien que plusieurs capteurs de gaz à base de nanotubes de carbone aient été étudiés dans le passé, la structure globale du dispositif reste globalement similaire. De plus, ces dispositifs offrent souffrent de grands effets hystérétiques, souvent en raison de l'effet du substrat sur le mécanisme de détection global, ce qui peut conduire à des sorties de mesure peu fiables. Ce travail vise à résoudre le problème de l'hystérésis en utilisant des nanotubes de carbone en suspension et ainsi isoler l'élément de détection des effets du substrat. Pour ce faire, tout d'abord, un procédé de micro-usinage de surface à basse température est développé pour obtenir des dispositifs suspendus. Une fois le processus bien développé, le dispositif suspendu est utilisé pour détecter l'humidité. Les performances du dispositif suspendu sont comparées à celles d'un dispositif non suspendu pour démontrer les avantages des nanotubes de carbone suspendus. Ensuite, les mesures de performance du capteur suspendu sont améliorées en fonctionnalisant chimiquement les nanotubes pour les rendre plus sensibles à la vapeur d'eau. Les nanotubes sont obtenus dans le commerce, pré-fonctionnalisés et utilisés dans le processus de fabrication. Une étude comparative entre les capteurs à base de nanotubes fonctionnalisés suspendus et non suspendus est également réalisée. Enfin, la conception de l'appareil a été modifiée pour fabriquer un capteur de gaz d'ionisation basé sur des nanotubes de carbone suspendus alignés horizontalement. Le potentiel d'ionisation de divers gaz est identifié et d'autres paramètres tels que la répétabilité, la stabilité à long terme, etc. ont été étudiés.

Date	29 mars 2020
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Frédéric Nabki (Directeur(-trice)) & Ricardo Izquierdo (Codirecteur(-trice))