Transport ionique à travers un nanotube de carbone : Etude théorique des effets spécifiques aux ions et des effets quantiques dans la conductivité. – (Théo Hennequin / LPT / Thèses). – 17/04/23, 14H

Soutenance de thèse

Théo Hennequin, LPT, Salle de Conférence FERMI 3R4

Résumé:
L’eau salée est un élément du quotidien, et représente l’immense majorité de l’eau sur terre. C’est une ressource d’eau potable, à condition de savoir la filtrer efficacement, mais aussi d’énergie car la différence de concentration en sel entre de l’eau courante et de l’eau salée peut être exploiter par des centrales électriques particulières, appelées “osmotiques”. Pour le moment, générer de l’eau potable à partir d’eau salée consomme beaucoup d’énergie, et les centrales osmotiques expérimentales n’ont put produire seulement de quoi alimenter 20 foyers. Il y a donc de nombreux progrès à faire, également en terme de connaissances fondamentales sur les plus petits composants des filtres : les pores. On s’intéresse particulièrement à des nanotubes de carbones : des tubes de moins de 10 nm de rayon, et de plus de 100 μm. Leurs propriétés semblent prometteuse, mais leur interaction avec les ions qui compose le sel sont encore mal connus. Cette thèse réalisée au Laboratoire de Physique Théorique propose d’explorer divers mécanismes physiques impliqués dans ces procédés afin de mieux comprendre comment interagissent les ions en solution dans l’eau confinée dans des nanotube de carbone d’échelle nanométrique. Lors de ma soutenance, après avoir passé en revue les mécanismes connus du transport des ions, nous nous intéressons à l’origine de la charge de surface du nanotube de carbone qui participerait grandement aux hautes conductivités ioniques qui ont cours à travers le tube. Pour cela, nous expliquons d’abord comment modéliser la conductivité ionique dans des nanotubes de carbones à partir d’équations hydrodynamiques, pour ensuite parler de comment pourrait se charger le nanotube de carbone quand il est soumit à une tension de grille. Pour cela, il faudra explorer les propriétés intrinsèques de ce matériau et faire le lien avec les règles qui régissent la conductivité. Ensuite, nous étudions les effets spécifiques aux ions pour analyser leur impact possible sur la conductivité. En effet, en plus des effets de répulsion diélectriques de la surface et de déficit de solvatation déjà étudiés, de récentes études montrent que l’eau confinée à l’échelle nanométrique voit sa permittivité diélectrique diminuer, ouvrant la possibilité qu’une énergie de Born intervienne également dans la possibilité d’entrée des ions dans le pore.