Etude et caractérisation du positionnement de nanotubes de carbone par diélectrophorèse pour la fabrication de capteurs chimiques en milieu liquide
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Abstract EN:
Due to their remarkable electrical properties, Single-Walled Carbon Nanotubes (SWNTs) are attracting increasing interest in the development of chemical sensors in liquid medium. However, controlling of their position on micro or nano-structured surfaces, in order to allow their integration in transistors or chemiresistor structures, remains a challenge.The work described here, deals with the addressing of SWNTs by dielectrophoresis (DEP) between metal electrodes and their application to pH measurement in chemiresistor configuration. Firstly, we studied the influence of the DEP's parameters (field application time, frequency, intensity, etc.) on the structure of the SWNTs assemblies. To explain these experimental results, the respective contributions of the different forces involved were studied using finite element modeling under Comsol. Then, the structures based on SWNTs obtained were characterized by Scanning Electron Microscopy as well as by air resistance measurements, in order to establish a first link between elaboration conditions and obtained characteristics.The suitability of the devices for pH measurement was then evaluated. Current-voltage measurements in a liquid medium showed that the SWNTs based sensors assembled between gold electrodes, were sensitive to the variation of the pH of the solution. Further measurements, performed at constant pH and variable conductivity, showed that the sensor was also sensitive to change in conductivity. Finally, the study of the sensor impedance indicates that a selectivity to the pH can be favored by a judicious choice of the frequency range.
Abstract FR:
Du fait de leurs propriétés électriques remarquables, les nanotubes de carbone (NTCs) à simple paroi suscitent un intérêt croissant pour le développement de capteurs chimiques en milieu liquide. Cependant, le contrôle de leur positionnement sur des surfaces micro ou nano-structurées pour permettre leur utilisation au sein de structures de type transistor ou chemiresistor reste un défi à relever. Les travaux effectués portent sur l’adressage de NTCs par diélectrophorèse (DEP) entre des électrodes métalliques en vue de leur application pour la mesure de pH en configuration chemiresistor. Dans un premier temps, nous avons cherché à étudier l’influence des paramètres de la DEP (durée d’application du champ, fréquence, intensité, etc.) sur la structure des assemblages de NTCs obtenus. Afin d’expliquer ces résultats expérimentaux, les contributions respectives des différentes forces en jeu ont été étudiées à l’aide de modélisations par éléments finis sous Comsol. Nous avons ensuite cherché à caractériser les structures à base de NTCs obtenues par microscopie électronique à balayage ainsi que par des mesures de résistance à l’air, ceci afin d’établir un premier lien entre les conditions d’élaboration et les caractéristiques obtenues. La possibilité d’employer les dispositifs pour la mesure de pH, a ensuite été évaluée. Des mesures courant-tension effectuées en milieu liquide ont permis de montrer que les capteurs à base de NTCs assemblés entre des électrodes d’or étaient sensibles à la variation du pH de la solution. D’autres mesures réalisées à pH constant et conductivité variable visant à évaluer la sélectivité du capteur ont montré que le capteur était également sensible aux variations de conductivité. Finalement, l’étude de l’évolution fréquentielle de l’impédance du capteur tend à montrer qu’une sélectivité au pH peut être favorisée par un choix judicieux de la fréquence d’utilisation.