Les nanotubes de carbone (CNT) sont des allotropes de carbone en forme de nid d'abeille cylindrique d'un diamètre nanométrique.
Les CNT présentent de nombreuses propriétés, comme la résistance mécanique, l'élasticité, la légèreté, la conductivité électrique et thermique, qui en font le matériau le plus prometteur.
De nombreuses industries, dont l'électronique, la médecine, le stockage d'énergie, les capteurs, etc. utilisent les NTC en grand nombre. La demande croissante a mis une pression constante sur l'augmentation de la fabrication des NTC.
Cette production à grande échelle de NTC est devenue le principal défi qui entrave leurs applications.
Relever le défi :
En général, les scientifiques préfèrent faire pousser des forêts de NTC plutôt que de les faire pousser individuellement. Les forêts de NTC sont des réseaux de NTC alignés verticalement qui sont auto-assemblés.
Cette opération est généralement réalisée par le biais d'un processus de dépôt chimique en phase vapeur en présence d'un catalyseur fixe sur un substrat qui est ensuite séparé de la forêt de NTC afin d'obtenir un matériau de grande pureté.
Bien que ce procédé présente de nombreux avantages, le seul problème majeur rencontré est sa longueur.
Jusqu'à présent, les chercheurs ont réussi à faire croître la forêt de NTC jusqu'à 2 cm en utilisant des catalyseurs comme le fer (Fe) sur un support d'oxyde d'aluminium (Al2O3) (la longueur des NTC joue un rôle essentiel dans leurs propriétés, il est donc nécessaire de prendre en compte cet aspect).
Cela affecte sa valeur industrielle en limitant l'offre et en augmentant le coût du matériau.
Il y a eu une découverte révolutionnaire qui a totalement changé la donne.
Récemment, une équipe de scientifiques du Japon a enregistré la longueur d'une forêt de NTC jusqu'à 14 cm grâce à une nouvelle approche. Leur étude a été publiée récemment dans Carbon.
Hisashi Sugime, professeur adjoint à l'université de Waseda, et son équipe ont découvert que les NTC avaient cessé de croître en raison du changement structurel progressif du catalyseur (Fe-Al2Ox) utilisé précédemment.
En principe, la densité des NTC, qui dépend du nombre de catalyseurs actifs, est insuffisante pour maintenir une structure autoportante, la croissance de la forêt s'arrête.
Le catalyseur utilisé doit donc rester structurellement et chimiquement stable.
Leur approche a consisté à modifier la technique pour supprimer cette instabilité.
Ils y sont parvenus en ajoutant la couche de gadolinium (Gd) au catalyseur précédent recouvert d'un substrat de silicium de type n.
La couche de gadolinium a permis d'éviter la détérioration du catalyseur, ce qui a permis à la forêt de NTC de croître de 5 cm.
En outre, pour obtenir la longueur souhaitée, ils ont maintenu le catalyseur dans une chambre appelée chambre de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à gaz froid.
Le catalyseur a été prétraité en maintenant la température jusqu'à 750°C et en fournissant de petites concentrations de vapeurs de Fe et d'Al à température ambiante.
Cela a permis de maintenir la structure du catalyseur jusqu'à 26 heures, ce qui a favorisé la croissance de la forêt de NTC.
Après des analyses minutieuses, ils ont pu enregistrer avec succès la longueur de la forêt de NTC de 14 cm.
Ces progrès remarquables ont élargi les possibilités d'application des NTC.
Elle pourrait modifier l'approche des nanotechnologies et des nanosciences pour les recherches futures.
Pour lire l'intégralité de l'article de recherche publié, veuillez consulter le DOI ci-dessous.
Référence :
Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Forêt de nanotubes de carbone ultra-longs via des suppléments in situ de sources de vapeur de fer et d'aluminium. Carbone, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066
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