Les principaux précurseurs des nanotubes de carbone (NTC) sont les hydrocarbures, en particulier l'acétylène, le méthane et l'éthylène. L'acétylène est le précurseur le plus direct, car il peut être utilisé sans nécessiter d'énergie supplémentaire ou de conversion thermique lors de la synthèse. Le méthane et l'éthylène, en revanche, nécessitent des processus de conversion thermique pour former des précurseurs directs du carbone, qui se transforment généralement en acétylène avant d'être incorporés dans les nanotubes de carbone.
L'acétylène comme précurseur direct :
L'acétylène (C2H2) est un hydrocarbure très réactif qui peut contribuer directement à la formation de nanotubes de carbone. Sa structure à triple liaison permet une dissociation facile en atomes de carbone et d'hydrogène, qui sont essentiels à la croissance des nanotubes de carbone. L'utilisation de l'acétylène dans la synthèse des nanotubes de carbone nécessite généralement des températures plus basses, ce qui en fait un précurseur plus économe en énergie que le méthane et l'éthylène.Le méthane et l'éthylène comme précurseurs indirects :
Le méthane (CH4) et l'éthylène (C2H4) ne peuvent pas former directement des nanotubes de carbone et doivent subir une conversion thermique en acétylène. Ce processus de conversion consiste à rompre les liaisons moléculaires et à les reformer en acétylène, qui sert alors de précurseur direct pour les NTC. Cette conversion thermique nécessite des énergies d'activation plus élevées que l'utilisation directe de l'acétylène, ce qui rend le processus de synthèse plus énergivore.
Rôle de l'hydrogène et de la température dans la synthèse :
L'hydrogène joue un rôle dans la synthèse des nanotubes de carbone à partir du méthane et de l'éthylène en réduisant le catalyseur ou en participant à la réaction thermique, ce qui peut favoriser la croissance des NTC. La température de synthèse est également cruciale ; des températures plus basses (inférieures à 400°C) peuvent être obtenues par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), ce qui est utile pour déposer des nanotubes de carbone sur des substrats tels que le verre pour des applications d'émission de champ.
Considérations technologiques :
