Les nanotubes de carbone (NTC) sont des matériaux remarquables aux propriétés uniques, mais ils ont une limite de température lorsqu'ils sont exposés à l'air.
1. Oxydation du graphite et des NTC
Le graphite, matériau dont sont issus les NTC, est sensible à l'oxygène.
Il commence à s'oxyder lorsqu'il est exposé à l'air à des températures avoisinant les 500°C (932°F).
Ce processus d'oxydation peut entraîner une perte de masse rapide, jusqu'à 1 % par jour dans certaines conditions.
Une exposition continue à des températures élevées dans l'air entraîne une perte d'épaisseur du matériau et, à terme, une défaillance structurelle.
Cette caractéristique du graphite affecte directement la stabilité et la longévité des NTC lorsqu'ils sont exposés à des conditions similaires.
2. Températures et environnements opérationnels
Les températures de fonctionnement du graphite, et par extension des NTC, peuvent être nettement plus élevées dans des environnements contrôlés avec des niveaux d'oxygène réduits ou sous vide.
Par exemple, le graphite peut être utilisé jusqu'à 2450°C (4442°F) à des pressions inférieures à 10-2 torr, et jusqu'à 2150°C (3902°F) à 10-4 torr.
Ces conditions ne sont pas typiques de la plupart des applications pratiques des NTC dans l'air, mais elles mettent en évidence le potentiel d'opérations à des températures plus élevées dans des conditions contrôlées.
3. Techniques de préparation et contrôle de la température
La préparation des NTC fait souvent appel à des techniques telles que le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD).
Cette technique permet d'abaisser la température du substrat nécessaire à la croissance de NTC de haute qualité.
Traditionnellement, des températures supérieures à 800°C étaient nécessaires, mais les progrès de la PECVD ont permis la croissance de NTC à des températures aussi basses que 120°C.
Cette réduction de la température permet non seulement d'alléger les contraintes relatives aux matériaux et aux substrats pouvant être utilisés, mais aussi de préserver l'intégrité des NTC en évitant la zone d'oxydation à haute température.
4. Implications pour les applications
Il est essentiel de comprendre les limites de température des NTC dans l'air pour les intégrer dans diverses applications, telles que les dispositifs nanoélectroniques et les dispositifs d'émission de champ.
En veillant à ce que les températures de fonctionnement restent inférieures au seuil d'oxydation, il est possible de préserver la longévité et les performances des dispositifs à base de NTC.
Ceci est particulièrement important pour la préparation in situ des NTC où les matériaux sont directement intégrés dans des dispositifs à des températures plus basses, évitant ainsi le risque d'oxydation et de dégradation.
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