Enhancement of the Electron Spin Resonance of Single-Walled Carbon Nanotubes by Oxygen Removal

We have observed a nearly fourfold increase in the electron spin resonance (ESR) signal from an ensemble of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) due to oxygen desorption. By performing temperature-dependent ESR spectroscopy both before and after thermal annealing, we found that the ESR in SWCNTs can be reversibly altered via the molecular oxygen content in the samples. Independent of the presence of adsorbed oxygen, a Curie-law (spin susceptibility $\propto 1/T$) is seen from $\sim$4 K to 300 K, indicating that the probed spins are finite-level species. For both the pre-annealed and post-annealed sample conditions, the ESR linewidth decreased as the temperature was increased, a phenomenon we identify as motional narrowing. From the temperature dependence of the linewidth, we extracted an estimate of the intertube hopping frequency; for both sample conditions, we found this hopping frequency to be $\sim$100 GHz. Since the spin hopping frequency changes only slightly when oxygen is desorbed, we conclude that only the spin susceptibility, not spin transport, is affected by the presence of physisorbed molecular oxygen in SWCNT ensembles. Surprisingly, no linewidth change is observed when the amount of oxygen in the SWCNT sample is altered, contrary to other carbonaceous systems and certain 1D conducting polymers. We hypothesize that physisorbed molecular oxygen acts as an acceptor ($p$-type), compensating the donor-like ($n$-type) defects that are responsible for the ESR signal in bulk SWCNTs.Comment: 14 pages, 7 figure

PANI-CSA films: ageing and kinetics of conductivity degradation

Ageing of PANI-CSA films has been studied through conductivity decay kinetics obtained within 358 and 446 K. For short ageing time, the conductivity loss is partly reversible. For longer one, first order kinetics is observed. This process is arrhenian-like, with an activation energy linked to the PANI quality. Extrapolation at RT predicts stability over centuries. Studies conducted on different atmospheres and FTIR characterization correlate the conductivity decay with various chemical degradations (oxydation, chemical crosslinking, dedoping and ring sulfonation mechanisms)

NMR observation of proton exchange in the conducting polymer polyaniline

We report NMR experiments which supply direct evidence for fast proton exchange between the polymer skeleton of polyaniline and adsorbed water.Nous donnons des résultats de RMN qui montrent l'existence d'un echange rapide de protons entre la matrice rigide du polymère et une phase d'eau adsorbée mobile

Nuclear relaxation in one-dimensional triplet-exciton systems

Proton nuclear relaxation time (T1) measurements have been performed at different temperatures in two semi-conducting salts of tetracyanoquinodimethane (TCNQ) : triphenylmethylarsonium (TCNQ)2 and Cs2(TCNQ)3. At every temperature, a T 1 frequency dependence is reported, which provides evidence for a one-dimensional (1d) spin diffusion in both compounds. In the arsonium salt, the diffusion coefficient is obtained as a function of temperature between 70 and 300 K, the observed dependence being steeper than a thermally activated law. In order to explain such a result, a model is proposed, taking into account both the thermally activated ld random walk of the triplet excitons, and the exciton-exciton exchange interactions which take place during the collisions.Le temps de relaxation nucléaire (T1) des protons a été mesuré à différentes températures dans deux sels semi-conducteurs de tétracyanoquinodiméthane (TCNQ) : triphénylméthylarsonium (TCNQ)2 et Cs2(TCNQ) 3. La variation de T1 en fonction de la fréquence indique, à chaque température, l'existence d'une diffusion de spin unidimensionnelle (1d), dans les deux composés. Dans le sel d'arsonium, la variation thermique du coefficient de diffusion obtenue entre 70 et 300 K, est plus forte qu'une loi thermiquement activée. Pour expliquer ce résultat, on propose un modèle qui tient compte à la fois de la marche aléatoire 1d, thermiquement activée, des excitons, et des interactions d'échange qui existent entre excitons lors des collisions

Nuclear relaxation and spin dynamics in NMP TCNQ

Proton nuclear relaxation measurements have been performed as a function of the frequency in selectively deuterated NMP TCNQ compounds. The results show that the main source of nuclear relaxation is provided by localized electronic spins, associated with back charge transfer on the NMP stacks. Once their contribution to the relaxation has been subtracted, it appears that the spin dynamics in the TCNQ stacks has a one-dimensional diffusive behaviour, as in other TCNQ conducting compounds.Des mesures de relaxation nucléaire des protons ont été effectuées en fonction de la fréquence dans des echantillons de NMP TCNQ sélectivement deutériés. Les résultats montrent que la principale source de relaxation nucléaire provient de spins électroniques localisés sur les chaines de NMP et associés à un transfert de charge incomplet. Après soustraction de leur contribution à la relaxation, il apparait que la dynamique de spin dans les chaines de TCNQ a un caractère diffusif unidimensionnel, comme dans les autres sels conducteurs de TCNQ

Contributions à l’étude de l’influence de l’oxygène sur les raies RPE dans les polymères conducteurs

L’élargissement des raies RPE en présence d'oxygène a été étudié dans le polymère conducteur polyaniline en poudre ou sous forme de film. Nous nous sommes intéressés à l'influence de la pression d'oxygène appliquée et à la cinétique d'évolution de la largeur de raie après introduction d’un mélange gazeux renfermant de l'oxygène (O2+He et O2+Ar)

Temps de relaxation nucléaire T1D et T1ρ en présence de mouvement de spins électroniques

The theoretical expressions of the dipolar relaxation time T 1D and of the relaxation time in the rotating frame T1ρ are derived from a thermodynamical formalism for the case of nuclear relaxation controlled by electronic spin dynamics. It is showed that T1D and T1ρ are influenced by very low frequency motions (104 s-1). Experimental results obtained in linear exchange paramagnets agree with theoretical calculations.Les expressions théoriques du temps de relaxation dipolaire T 1D et du temps de relaxation dans le référentiel tournant T1ρ sont établies à l'aide d'un formalisme thermodynamique, dans le cas où la relaxation nucléaire provient de la modulation du champ hyperfin par le mouvement des spins électroniques. Il apparaît que T1D et T1ρ sont sensibles à des mouvements à très basse fréquence (104 s-1). Une confrontation expérimentale est effectuée dans le cas de systèmes présentant des interactions d'échange linéaire

Gels conducteurs totalement conjugués : préparation, premières caractérisations

Dans le but d'obtenir des polymères conducteurs à propriétés particulières, nous avons choisi de jouer sur la dimensionnalité. Ces composés sont, en général, unidimensionnels et les rares gels conducteurs rapportés dans la littérature présentent des structures mal définies. Dans le but d'obtenir des structures totalement conjuguées fractales voire tridimensionnelles, nous avons choisi de réticuler des chaînes de poly(n-octyl-3-thiophène) (POT) avec des points de réticulation de la famille des trithienylbenzènes que nous avons préparés et parfaitement caractérisés. En faisant varier le taux de réticulation, nous avons obtenu 22 copolymères. En première approximation, nous avons supposé que la phase soluble était uniquement composée de POT ce qui nous a permis de déterminer une limite supérieure du taux de réticulation dans les copolymères insolubles. Ces copolymères insolubles présentent des propriétés de gonflement. A l'état dopé, leur conductivité est semblable à celle du POT. La mise en évidence des propriétés spécifiques résultant de la dimensionnalité > 2 est en cours