Double-walled carbon nanotube-based polymer composites for electromagnetic protection.

In this paper, we present a microwave absorber based on carbon nanotubes (CNT) dispersed inside a BenzoCycloButenw (BCB) polymer. The high aspect ratio and remarkable conductive characteristics of CNT give rise to good absorbing properties for electromagnetic protecting in microelectronic devices with very low concentration. In this article, nanocomposites are prepared using a solution-mixing method and are then evaluated and modeled by means of coplanar test structures. First, CNT concentrations are quantified by image processing. The nanocomposites implemented with coplanar test waveguides are then characterized using a vector network analyzer from 40 MHz to 20 GHz. An algorithm is developed to calculate the propagation constant "γ" constant "α", and relative effective complex permittivity (εreff = εreff' - jεreff'') for each CNT concentration. The extracted effective parameters are verified using the electromagnetic FEM-based Ansoft’s® high frequency structure simulator (HFSS). Power absorption (PA) of 7 dB at 15 GHz is obtained with only 0.37 weight percent of CNT concentration in the polymer matrix. The resulting engineerable and controllable composite provides consequently a novel degree of freedom to design and optimize innovative microwave components

DC and radio-frequency transmission characteristics of double-walled carbon nanotubes-based ink

In this paper, double-walled carbon nanotubes (DWNTs) network layers were patterned using inkjet transfer printing. The remarkable conductive characteristics of carbon nanotubes (CNTs) are considered as promising candidates for transmission line as well as microelectronic interconnects of an arbitrary pattern. In this work, the DWNTs were prepared by the catalytic chemical vapor deposition process, oxidized and dispersed in ethylene glycol solution. The DWNTs networks were deposited between electrodes contact and then characterized at DC through current-voltage measurements, low frequency, and high frequency by scattering parameters measurements from 40 MHz up to 40 GHz through a vector network analyzer. By varying the number of inkjet overwrites, the results confirm that the DC resistance of DWNTs networks can be varied according to their number and that furthermore the networks preserve ohmic characteristics up to 100 MHz. The microwave transmission parameters were obtained from the measured S-parameter data. An algorithm is developed to calculate the propagation constant "γ", attenuation constant "α" in order to show the frequency dependence of the equivalent resistance of DWNTs networks, which decreases with increasing frequency

Etude des potentialités des nanotubes de carbone dans le domaine hyperfréquence : Application à l'élaboration de matériaux nanocomposites et contribution à la miniaturisation de composants électromécaniques (NEMS)

My research presents two possible uses of carbon nanotubes (CNTs) for microwave applications, thanks to their exception properties, of electrical and mechanical ones. The first one correspond to exploit their properties metallic or semiconducting to modify the electrical behavior of polymer (BCB) doped with carbon nanotubes. The second one aims to extend the concept of passive components and reconfigurable micrometer (MEMS) at the nanoscale to develop Nano-Electro-Mechanics Systems (NEMS).La découverte des nanotubes de carbone (NTCs) par S.Iijima en 1990 a permis d'explorer un nouveau monde à l'échelle nanométrique. Les études sur la synthèse des NTCs durant le début de cette décennie ont apporté une reproductibilité des formes allotropiques de carbone. Les propriétés mécaniques et électriques exceptionnelles des NTCs ont éveillé l'esprit des scientifiques afin de concevoir des systèmes touchant le domaine de la nanotechnologie. Dans ce contexte, mes travaux de recherches ont visé à étudier les potentialités des nanotubes de carbone dans le domaine des hyperfréquences. Deux types d'applications peuvent être distinguées : l'élaboration de matériau nano-composite mais aussi la miniaturisation des composants électromécaniques (NEMS). L'application la plus immédiate des NTCs consiste à les utiliser comme additif dans des polymères, thermoplastiques, thermodurcissables ou élastomères, afin d'en modifier les propriétés. L'utilisation des matériaux composites à base de nanotubes de carbone apparaît comme une voie prometteuse dans le domaine des nanotechnologies grâce à leurs propriétés structurales et électroniques très particulières. Pour élargir le domaine d'application des NTCs, nous avons étudié un nouveau matériau composite à base d'un polymère (BenzoCycloButène BCB'') et de nanotubes de carbone double parois (DNTCs) pour une utilisation aux fréquences micro-ondes. Nous rapportons ici une étude des propriétés micro-ondes de composites BCB/DNTCs en fonction de la concentration massique de nanotubes. Nous présentons, dans un premier temps, les méthodes d'homogénéisation et de fabrication du composite, puis nous traitons l'élaboration de structures de test adaptées à des mesures µondes et millimétriques. Après caractérisation, nous donnons le comportement spectral et la modélisation pour les pertes linéiques ainsi que e* (permittivité effective complexe). Cette étude a permis de montrer qu'il est possible de configurer les performances électriques d'un matériau composite en fonction du % de NTCs incorporés. Ceci peut permettre de réaliser des matériaux absorbants d'ondes électromagnétiques pour la microélectronique. Une autre possibilité d'utilisation est d'exploiter les propriétés physiques ainsi que dimensionnelles des NTCs pour étendre le concept de composants passifs reconfigurables et micrométriques (MEMS) à l'échelle nanométrique avec l'élaboration de Système Nano-Electro- Mécaniques (NEMS). Leurs dimensions nanométriques permettraient de concevoir de futurs dispositifs électroniques fortement miniaturisés. Nous nous sommes donc intéressés au développement d'une filière technologique d'interconnexions pour réaliser une capacité variable dont la partie mobile est réalisée à l'aide de NTCs. Plusieurs voies ont été étudiées. Une 1ère comporte la croissance localisée des NTCs, réalisée à 600°C minimum par le LPICM. Cette température a impliqué de nombreux choix quant à la filière d'interconnexions (procédés chauds-froids suivant le positionnement de l'étape de croissance des NTCs) et d'études de compatibilité thermique. Une seconde voie est basée sur l'emploie de film mince de NTCs dispersés aléatoirement.- Au final, cette étude représente une grande avancée vers l'élaboration de NEMS RF à base de NTCs

An equivalent circuit model of CNT inkjet printed paper-based structures

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Modèle équivalent de nanotubes de carbones imprimés par jet d’encre sur papier

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A circuit model of CNT patterns for an inkjet printed paper-based gas sensor

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3-D pyramidal and collective Ku band pass filters made in alumina by ceramic stereolithography

International audienceAn original 3D pyramidal geometry for a low loss and compact (10.5 mm by 10.2 mm by 2 mm) filter is described in this paper. Nine low footprint Alumina filters are manufactured in one single fabrication by a 3D ceramic stereolithography process. Thank to this technology, high unloaded quality factor resonators (above 1000) have been fabricated and associated to create a low footprint 4-pole Chebyshev filter. Its shielding has been created with a Copper and Gold sputtering technique and its input and output coplanar accesses have been etched by a laser ablation technique. The association of these 3D technologies for the collective manufacturing of many filters in one ceramic part, has led to a low insertion loss filter working around 17.5 GHz. This paper goes into details on the theoretical synthesis, design, fabrication and measurements of a Ku band pass filter dedicated to space applications

CNTs effects on RF resonator printed on paper

International audienc

CNT's Inks Based RF Resonator on Paper

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