La synthèse des nanotubes de carbone (NTC) fait appel à trois méthodes principales : l'ablation au laser, la décharge à l'arc et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Parmi ces méthodes, le dépôt chimique en phase vapeur est la technique la plus largement utilisée dans la recherche et les applications commerciales en raison de sa polyvalence et de son évolutivité.
Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) :
Le dépôt chimique en phase vapeur est un processus au cours duquel des gaz contenant du carbone sont décomposés à des températures élevées pour déposer du carbone sur un substrat sous la forme de nanotubes. Cette méthode permet un contrôle précis des dimensions et de l'alignement des NTC, ce qui la rend adaptée à diverses applications, notamment l'électronique, les composites et le stockage de l'énergie. La température requise pour le dépôt en phase vapeur est généralement supérieure à 800 °C, mais les progrès réalisés dans le domaine du dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) ont permis la synthèse à des températures beaucoup plus basses (inférieures à 400 °C). Ceci est particulièrement intéressant pour l'intégration des NTC dans des substrats sensibles à la température, comme le verre, pour les applications d'émission de champ.Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) :
Le PECVD utilise le plasma pour améliorer les réactions chimiques impliquées dans le processus de dépôt, réduisant ainsi la température requise. Cette technologie est cruciale pour la préparation in situ des NTC à basse température, ce qui est essentiel pour combiner les dispositifs nanoélectroniques avec la technologie de traitement microélectronique traditionnelle. La possibilité de synthétiser des NTC à des températures plus basses ouvre des perspectives pour la création de circuits intégrés à très grande capacité et à très grande échelle.
Innovations en matière de matières premières :
Les méthodes traditionnelles de dépôt en phase vapeur utilisent souvent des hydrocarbures tels que le méthane ou l'éthylène comme matières premières. Cependant, l'utilisation de matières premières vertes ou de déchets pour synthétiser des NTC suscite un intérêt croissant. Par exemple, le dioxyde de carbone capturé par électrolyse dans des sels fondus peut être utilisé, bien que la qualité des NTC produits de cette manière suscite des inquiétudes. La pyrolyse du méthane, qui implique la décomposition thermique directe du méthane en hydrogène et en carbone solide (y compris les NTC), est une autre méthode émergente. Des entreprises comme CarbonMeta Technologies et Huntsman explorent l'utilisation de déchets ou de sous-produits du méthane comme matière première, ce qui pourrait potentiellement enfermer les émissions de carbone dans une forme physique plutôt que de les libérer sous forme de gaz à effet de serre.
Optimisation des processus et évaluation du cycle de vie :
