Les nanotubes de carbone (NTC) peuvent être synthétisés par plusieurs méthodes, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) étant la plus répandue pour la production commerciale. Cette méthode implique l'utilisation de catalyseurs et d'hydrocarbures gazeux pour faire croître les NTC sur un substrat. D'autres méthodes comprennent l'ablation au laser, la décharge à l'arc et le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), qui permet une synthèse à plus basse température. Les méthodes émergentes explorent l'utilisation de matières premières vertes ou de déchets, comme le dioxyde de carbone capturé par électrolyse dans des sels fondus ou la pyrolyse du méthane, pour produire des NTC tout en minimisant l'impact sur l'environnement.
Méthodes de synthèse :
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Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) : Cette méthode est largement utilisée dans l'industrie en raison de son évolutivité et de sa capacité à produire des NTC de haute qualité. Dans la méthode CVD, un substrat recouvert de particules de catalyseur est exposé à un hydrocarbure gazeux à haute température. Le gaz se décompose à la surface du catalyseur et les atomes de carbone se déposent pour former des NTC. Le processus peut être optimisé en ajustant des paramètres tels que la température, le débit de gaz et le type de catalyseur.
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Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) : Le PECVD utilise le plasma pour améliorer la réaction chimique à des températures plus basses, ce qui permet de déposer des NTC sur des substrats sensibles à la température, comme le verre. Cette méthode est prometteuse pour les applications nécessitant un traitement à basse température, comme l'intégration électronique.
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Ablation laser et décharge d'arc : Il s'agit des méthodes les plus anciennes utilisées pour la synthèse des NTC. L'ablation laser utilise un laser de forte puissance pour vaporiser une cible de graphite, tandis que la décharge d'arc consiste à générer un arc électrique entre deux électrodes de graphite. Ces deux méthodes produisent des NTC mais sont moins contrôlables et moins évolutives que la CVD.
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Méthodes émergentes utilisant des matières premières vertes ou des déchets : Il s'agit notamment de procédés tels que l'électrolyse du dioxyde de carbone dans des sels fondus et la pyrolyse du méthane. Ces méthodes visent à convertir des gaz résiduels en NTC précieux, ce qui pourrait réduire l'impact sur l'environnement et constituer une source durable de carbone.
Méthodes de purification :
La purification des NTC est cruciale car le processus de synthèse aboutit souvent à des mélanges de NTC de structures et de tailles différentes, ainsi qu'à des impuretés telles que le carbone amorphe et les particules métalliques de catalyseur. Les méthodes de purification les plus courantes sont les suivantes
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L'oxydation : L'utilisation d'agents oxydants puissants comme l'acide nitrique pour brûler sélectivement les impuretés tout en laissant les NTC intacts. Cette méthode permet également de fonctionnaliser les NTC, ce qui améliore leur solubilité et leur réactivité.
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Techniques de séparation : Y compris la centrifugation, la chromatographie et l'électrophorèse, qui permettent de séparer les NTC en fonction de leurs propriétés physiques et chimiques.
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Méthodes mécaniques : Telles que la sonication et la filtration, qui permettent de séparer physiquement les NTC des impuretés.
Ces méthodes de synthèse et de purification évoluent en permanence pour améliorer la qualité et la durabilité de la production de NTC, ce qui les rend plus viables pour un large éventail d'applications.
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