Les nanotubes de carbone (NTC) sont synthétisés par différentes méthodes.
Le processus commercial le plus répandu est le dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
Les autres méthodes traditionnelles comprennent l'ablation au laser et la décharge à l'arc.
Le procédé CVD implique l'utilisation de différentes matières premières, dont le monoxyde de carbone et, plus récemment, des matières premières vertes ou des déchets tels que la pyrolyse du méthane et le dioxyde de carbone capturé par électrolyse dans des sels fondus.
5 techniques clés expliquées
1. Dépôt chimique en phase vapeur (CVD)
Le dépôt chimique en phase vapeur est la principale méthode de synthèse commerciale des nanotubes de carbone.
Cette technique implique la décomposition d'un gaz contenant du carbone à des températures élevées, généralement en présence d'un catalyseur métallique, pour déposer des atomes de carbone sur un substrat sous forme de nanotubes.
Les paramètres du processus, tels que la température, la pression, les débits de gaz et la nature du catalyseur, influencent considérablement la qualité et le rendement des NTC.
2. Ablation au laser
Cette méthode implique l'utilisation d'un laser de forte puissance pour vaporiser une cible de graphite dans une chambre à haute température.
Le carbone vaporisé se condense pour former des NTC.
Cette technique est connue pour produire des NTC de haute qualité, mais elle est moins viable sur le plan commercial en raison de sa consommation d'énergie et de son coût élevés.
3. Décharge d'arc
Dans la décharge d'arc, un courant continu passe entre deux électrodes de graphite dans une atmosphère gazeuse protectrice.
La chaleur intense générée par l'arc vaporise l'anode et les NTC sont formés à partir de la vapeur.
Cette méthode permet également de produire des NTC de haute qualité, mais elle présente les mêmes inconvénients que l'ablation laser, notamment une consommation d'énergie élevée et une évolutivité limitée.
4. Méthodes émergentes utilisant des matières premières vertes ou des déchets
Des avancées récentes ont exploré l'utilisation de matières premières vertes ou de déchets pour synthétiser des NTC, dans le but de réduire l'impact sur l'environnement et d'utiliser des matériaux de rebut.
La pyrolyse du méthane, par exemple, implique la décomposition thermique du méthane en hydrogène et en carbone solide, ce qui peut inclure les NTC.
Cette méthode offre une voie potentielle pour la capture et l'utilisation du carbone, en transformant les gaz à effet de serre en matériaux précieux.
De même, l'électrolyse du dioxyde de carbone dans des sels fondus a été utilisée pour produire des NTC, bien que des inquiétudes subsistent quant à la qualité du matériau produit.
5. Autres techniques innovantes
Outre les méthodes mentionnées ci-dessus, les chercheurs explorent en permanence de nouvelles techniques pour améliorer la synthèse des NTC.
Il s'agit notamment de l'utilisation de systèmes biologiques, de méthodes basées sur le plasma et d'autres approches novatrices visant à améliorer l'efficacité et la durabilité de la production de NTC.
Ces méthodes mettent en évidence les diverses approches de la synthèse des NTC, chacune ayant ses propres avantages et défis.
Le choix de la méthode dépend de l'application souhaitée, des considérations de coût et de l'impact sur l'environnement.
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