La synthèse des nanotubes de carbone (NTC) fait appel à plusieurs méthodes, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) étant la plus répandue en raison de sa rentabilité et de la possibilité de contrôler la structure. Cette méthode implique l'utilisation de catalyseurs et de traitements thermiques pour faciliter la croissance des NTC à partir de sources de carbone gazeux. Le processus est influencé par des paramètres tels que la température, la concentration de la source de carbone et le temps de séjour, qui ont une incidence considérable sur la qualité et le rendement des NTC.
Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) :
Le dépôt chimique en phase vapeur est une technique largement utilisée pour synthétiser des NTC à grande échelle. Elle implique la décomposition d'hydrocarbures gazeux à des températures élevées en présence de catalyseurs métalliques, généralement du fer, du cobalt ou du nickel. Les particules de catalyseur facilitent la formation des nanotubes de carbone en adsorbant les gaz contenant du carbone et en permettant aux atomes de carbone de se réarranger et de former les structures tubulaires. Le contrôle de la taille du catalyseur et des conditions de réaction (température, pression, débit de gaz) permet de manipuler les propriétés des NTC, telles que le diamètre, la longueur et la chiralité.Dépôt chimique en phase vapeur (CCVD) :
- Il s'agit d'une version modifiée du dépôt chimique en phase vapeur, dans laquelle le catalyseur joue un rôle plus actif dans le processus de croissance. Le CCVD permet un contrôle plus précis de la structure et de l'orientation des NTC, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant des NTC alignés ou orientés verticalement. L'utilisation du monoxyde de carbone comme matière première dans certaines méthodes CCVD renforce encore l'efficacité et la polyvalence du processus.Autres méthodes :
- Ablation laser : Cette technique utilise un laser puissant pour vaporiser une cible de graphite, produisant des NTC en phase gazeuse, qui sont ensuite collectés. Elle est particulièrement utile pour produire des NTC à paroi unique de haute qualité, mais elle est moins évolutive et plus énergivore que la CVD.
- Décharge d'arc : Cette méthode implique l'utilisation d'un arc électrique entre deux électrodes de graphite dans une atmosphère inerte pour générer des NTC. Bien qu'efficace, cette méthode est également moins contrôlable et moins évolutive que la CVD.
Matières premières vertes et déchets : Les méthodes émergentes se concentrent sur l'utilisation de matériaux respectueux de l'environnement ou de déchets comme sources de carbone. Par exemple, le dioxyde de carbone capturé par électrolyse dans des sels fondus et la pyrolyse du méthane sont étudiés pour produire des NTC avec un impact réduit sur l'environnement.
Défis et considérations :
