Des chercheurs du Boston College ont découvert deux phases précoces de la croissance des nanotubes de carbone pendant le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, trouver un enchevêtrement désordonné de croissance de tube qui cède finalement à des rangées ordonnées de tubes nanoscopiques, selon un rapport dans la dernière édition de la revue Nanotechnologie .

En utilisant une fine couche de catalyseur, Le professeur de physique Zhifeng Ren et le chercheur Dr Hengzhi Wang ont découvert deux étapes auparavant négligées de la croissance des nanotubes de carbone, ils rapportent. La méthode donne une première étape où les tubes en herbe apparaissent aléatoirement enchevêtrés, puis un deuxième étage de tubes partiellement alignés, puis un troisième et dernier étage de tubes en plein alignement, qui est la norme utilisée par les chercheurs qui produisent des nanotubes de carbone pour une utilisation dans une gamme de matériaux et la recherche biomédicale.

"Ces phases de croissance sont contrôlées par l'épaisseur du catalyseur utilisé, " a déclaré Wang. " Chaque étape, il s'avère, a son propre mérite. Chaque étape a son propre objectif."

Dans le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, les nanotubes de carbone sont développés par l'accumulation répétée d'atomes de carbone provenant de la décomposition de gaz sur une particule de catalyseur, qui crée un matériau de carbone multicouche sur un substrat. Les chercheurs ont cherché à créer des rangées parfaitement alignées de millions de nanotubes de carbone sur les substrats.

"Nous ne savions pas pourquoi nous voyions ces configurations de nanotubes, " dit Ren, parmi les pionniers dans le développement de nanotubes de carbone alignés. "C'est vraiment pourquoi vous êtes un scientifique. Vous voyez un nouveau phénomène et ensuite vous essayez de le comprendre."

Ren et Wang disent que dans le processus de réalisation de la troisième étape de croissance des nanotubes, les deux premières phases de croissance ont été négligées car chaque étape est gravée par la prochaine application de plasma. Masquer davantage ces nanotubes de carbone à un stade précoce est le fait qu'ils ne sont pas présents lorsqu'un catalyseur épais est utilisé, selon leurs découvertes.

Les tubes du premier étage, produit en zéro à quatre minutes, sont décrits comme un enchevêtrement de nanotubes de carbone aléatoires de grand et petit diamètre. Les tubes du deuxième étage, créé en quatre à dix minutes, sont généralement de plus petit diamètre, mais plus grand et seulement partiellement aligné.

Wang dit que bien que ces nanotubes ne soient pas nets, rangées ordonnées, ils ont l'avantage d'offrir une densité volumétrique plus importante et de créer une plus grande surface, ce qui pourrait être un développement important dans l'utilisation des nanotubes de carbone dans le transfert de chaleur dans la gestion thermique. Une application potentielle pourrait impliquer l'application d'un mince revêtement de nanotubes de carbone sur un circuit intégré afin d'évacuer la chaleur et de refroidir efficacement le dispositif.

Après dix minutes de gravure plasma, les nanotubes du stade initial ont été emportés et les tubes du troisième stade commencent à émerger en hauteur, rangées ordonnées sur le substrat. À ce stade, les tubes eux-mêmes sont protégés par des "casques" de fortune de particules de catalyseur, qui les protègent efficacement pendant la dernière partie du processus de croissance. Finalement, ces derniers morceaux de catalyseur sont également gravés.