Percolation dans des réseaux réalistes de nanostructures de carbone

Les nanotubes de carbone ont des propriétés mécaniques et électriques très intéressantes pour plusieurs applications en électronique. Ils sont très résistants à la déformation et peuvent être d'excellents conducteurs ou semi-conducteurs. Toutefois, manipuler les nanotubes individuellement pour construire des dispositifs structurés demeure très difficile. Il n'existe pas encore de méthode permettant de contrôler à la fois les propriétés électriques, l'orientation et le positionnement spatial d'un ensemble de nanotubes. Produire des réseaux désordonnés de nanotubes est par contre beaucoup plus facile, et ces systèmes possèdent de plus une bonne conductivité électrique qui les rend très intéressants, notamment comme matériaux d'électrodes transparentes et flexibles. Il y a trois principales méthodes de fabrication employées pour produire des réseaux de nanotubes : le dépôt de solution, la croissance sur substrat et l'enchâssement dans une matrice de polymères. Le dépôt de solution peut engendrer des réseaux de densités diverses sur une variété de substrats. La croissance directe sur substrat permet quant à elle de produire des réseaux très propres sur des substrats tels le SiO2. De son côté, l'enchâssement dans une matrice de polymères permet de produire des volumes composites contenant des quantités variables de nanotubes. Beaucoup de paramètres comme la longueur des tubes, leur orientation ou leur tortuosité influencent cependant les propriétés de ces réseaux et la présence de désordre structural complique la compréhension de leurs interactions. Prévoir les propriétés d'un réseau comme la conductivité à partir de quelques caractéristiques comme la taille des tubes et leur densité peut être difficile. Cette tâche devient d'autant plus complexe si l'on veut maintenant identifier les paramètres qui vont permettre d'optimiser les performances d'un dispositif contenant ce matériau. Nous avons choisi d'aborder le problème des réseaux de nanotubes de carbone en développant une série d'outils numériques qui sont principalement basés sur la méthode Monte-Carlo. Nous tenons compte d'un grand nombre de paramètres pour décrire les caractéristiques des réseaux, ce qui nous permet une représentation plus fiable de réseaux réels ainsi qu'une grande polyvalence pour le choix des constituants des réseaux pouvant être simulés. Les outils que nous avons développés, regroupés dans le logiciel RPH-HPN pour Réseaux percolatifs hybrides - Hybrid Percolation Networks, permettent la construction des réseaux aléatoires, détectent les contacts entre les tubes, traduisent les systèmes en circuits électriques équivalents et calculent les propriétés globales.