Les méthodes de croissance des nanotubes font appel à trois techniques principales : l'ablation laser, la décharge à l'arc et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), le CVD étant la technique la plus dominante sur le plan commercial. En outre, il existe des variantes et des avancées dans ces méthodes, telles que le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) et l'utilisation de matières premières alternatives telles que le dioxyde de carbone et le méthane.
Ablation laser et décharge d'arc :
Il s'agit des méthodes traditionnelles de production de nanotubes de carbone. L'ablation au laser consiste à vaporiser le carbone à l'aide d'un laser, tandis que la décharge d'arc utilise un arc à courant élevé entre des électrodes de carbone pour générer la chaleur nécessaire à la vaporisation du carbone. Ces deux méthodes nécessitent des températures élevées et sont efficaces, mais elles sont moins couramment utilisées dans les environnements commerciaux en raison de leur intensité énergétique et de la complexité des processus.Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) :
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Le dépôt chimique en phase vapeur est la méthode la plus répandue pour la production commerciale de nanotubes de carbone. Elle implique la décomposition d'un gaz contenant du carbone à des températures élevées (généralement supérieures à 800 °C) sur un substrat recouvert d'un catalyseur. Les particules de catalyseur facilitent la croissance des nanotubes en fournissant des sites de nucléation. Le dépôt en phase vapeur permet de mieux contrôler les propriétés et l'orientation des nanotubes, ce qui le rend adapté à diverses applications.Méthodes CVD modifiées :
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Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) : Cette méthode utilise le plasma pour améliorer les réactions chimiques impliquées dans le dépôt en phase vapeur, ce qui permet des températures de dépôt plus basses (potentiellement inférieures à 400°C). Cette méthode est avantageuse pour les applications nécessitant un dépôt sur des substrats sensibles à la température, tels que le verre pour les dispositifs d'émission de champ. La PECVD améliore l'activité des réactifs, ce qui permet une croissance plus efficace et plus contrôlée des nanotubes.
Utilisation de matières premières alternatives : Les innovations en matière de dépôt en phase vapeur comprennent l'utilisation de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone capturé par électrolyse dans des sels fondus et la pyrolyse du méthane. Ces méthodes visent à utiliser des déchets ou des matières premières vertes, ce qui permet de réduire l'impact sur l'environnement et de diminuer les coûts. Par exemple, la pyrolyse du méthane convertit le méthane en hydrogène et en carbone solide, notamment en nanotubes, ce qui permet de séquestrer efficacement les émissions de carbone.
Défis et considérations :
