(Phys.org) - Des chercheurs du NIST Center for Nanoscale Science and Technology et de l'Arizona State University ont utilisé un microscope électronique à transmission à balayage environnemental (ESTEM) pour contrôler la taille et le placement des nanoparticules de fer afin de catalyser la croissance des nanotubes de carbone sur un substrat d'oxyde de silicium. La synthèse à grande échelle de nanotubes de carbone pour les écrans à émission de champ (FED) à faible coût nécessite un contrôle strict de la longueur des nanotubes, diamètre, et la densité surfacique.

En utilisant l'ESTEM, les chercheurs ont pu visualiser le placement des nanoparticules de catalyseur et la croissance des nanotubes en temps réel. Ils ont testé l'hypothèse selon laquelle le diamètre des nanotubes de carbone dépend de la taille des particules de catalyseur en déposant des nanoparticules de catalyseur de fer de différentes tailles et densités sur un substrat en utilisant le faisceau d'électrons du microscope pour induire la dissociation des précurseurs de catalyseur contenant du fer. Ils ont découvert qu'un certain nombre de facteurs contrôlent la taille et l'activité catalytique des nanoparticules pour la croissance des nanotubes, y compris le choix du précurseur (ferrocène ou diiron nonacarbonyle), la température du substrat, le temps de séjour du précurseur sur le substrat, et l'énergie du faisceau d'électrons. Ils ont pu utiliser le temps de dépôt pour contrôler la taille des particules et la position du faisceau d'électrons pour contrôler l'emplacement des particules de catalyseur sur la surface du substrat.

Ils ont également découvert que l'activité catalytique des particules de fer pour la croissance des tubes dépend de la quantité de carbone co-déposé avec le fer pendant le processus de dépôt induit par faisceau d'électrons, car le carbone co-déposé forme des coquilles graphitiques autour des particules de fer. Ces coquilles ont rendu les particules chimiquement inactives pour induire la croissance de nanotubes de carbone. Ce problème a été résolu pour le précurseur diiron nonacarbonyle en augmentant la température du substrat à 100 °C, ce qui a réduit la quantité de carbone co-déposé. Étant donné que le chauffage du substrat n'a pas affecté les niveaux de carbone co-déposés dans les échantillons de ferrocène, le diiron nonacarbonyl semble être mieux adapté comme précurseur de catalyseur pour la croissance contrôlée de nanotubes de carbone. Les chercheurs pensent que ces résultats aideront à créer des substrats avec des nanotubes de carbone à des tailles et des densités de surface appropriées pour une utilisation dans les FED.