Synthèse de nanotubes de carbone par CVD
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Synthèse de nanotubes de carbone par CVD

A gauche, schéma du dispositif de CVD d'aérosol. A droite, images de microscopie électronique à balayage d'un tapis de VACNT et détail de son centre.

La méthode de CVD (Chemical Vapour Deposition) à partir d’aérosols développée au sein du Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA) du NIMBE permet de synthétiser des nanotubes de carbone alignés (VACNT) à l’image d’un tapis brosse, qui sont quasiment exempts de sous-produits et dont la longueur est contrôlable dans une large gamme. Le LEDNA est capable de produire des NTCs sur des substrats de natures différentes et avec des caractéristiques prédéterminées (diamètre, longueur, densité). La méthode développée est opérée en une étape où les précurseurs carbonés et catalytiques sont injectés simultanément dans le réacteur. Il s’agit d’un procédé bas coût qui a été développé jusqu’à une production industrielle et a motivé la création d’une start-up, NawaTechnologies. L’objectif est de maîtriser ce procédé de façon à synthétiser des nanotubes alignés présentant des caractéristiques physico-chimiques contrôlées pour diverses applications. Pour cela, il est crucial de comprendre les processus de croissance de ces nanotubes.

 

 

 

 

La température de synthèse mise le plus souvent en œuvre est autour de 800°C. La croissance peut être effectuée directement sur les parois du réacteur ou sur des substrats (quartz, silicium, métaux, matériaux carbonés…). Pour la croissance sur métaux ou sur substrats carbonés, le dépôt d’une sous-couche barrière de SiOx est nécessaire pour éviter l’accumulation de carbone dans le substrat (Delmas et al., Nanotechnology 2012). Ce dépôt précède l’alimentation du réacteur en précurseurs nécessaires (ferrocène dissous dans du toluène) à la croissance des NTC. Récemment, le passage à une source carbonée gazeuse, à savoir l’acétylène, a permis d’abaisser la température de synthèse à moins de 650°C. Ce changement permet désormais d’obtenir des nanotubes de carbone plus fins (diamètre autour de 10 nm comparativement à 20 ou 40 nm à plus haute température, voir figure) et plus denses (1011 comparativement à 109 CNT/cm² à plus haute température) et de les faire croitre sur des substrats présentant une température de fusion faible, comme l’aluminium.


Distributions des diamètres externes pour les NTC les plus gros (en haut) au plus fins (en bas).

 

Maj : 14/09/2018 (2891)

 

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