Même à un bombardement de plasma qui est de 10, 000 fois plus intense que la méthode de production standard, de telles nanostructures de carbone peuvent se développer. Crédit :K.Bystrov / DIFFER.
(Phys.org) —Nanostructures, comme le graphène et les nanotubes de carbone, peut se développer dans des conditions de plasma beaucoup plus extrêmes qu'on ne le pensait auparavant. Plasmas (chauds, gaz chargés) sont déjà largement utilisés pour produire des nanostructures intéressantes. Dans la revue scientifique Carbone , Kirill Bystrov, chercheur au doctorat de la FOM, montre que les nanostructures de carbone peuvent également se développer dans des conditions bien plus extrêmes que celles normalement utilisées à cette fin.
Le dispositif Pilot-PSI de DIFFER a été conçu pour exposer les matériaux des parois à des plasmas qui feront rage dans les futurs réacteurs à fusion. De tels plasmas sont 10, 000 fois plus intenses que celles normalement utilisées pour la construction des nanomatériaux. En utilisant Pilot-PSI, L'équipe internationale de Bystrov a démontré que cet environnement extrême offre des possibilités inattendues de production de nanostructures.
Hors d'équilibre
Les plasmas offrent des avantages majeurs pour la production contrôlée de matériaux avancés. Dans le plasma, les ions et les électrons peuvent être amenés loin de leurs équilibres thermiques. Dans ces conditions, les processus de dépôt peuvent se dérouler très différemment de ceux à l'équilibre thermique. Dans la technique largement utilisée de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), la densité du plasma et la quantité de matériau fourni (carbone) déterminent quelles nanostructures se développent. L'autre plasma est de son équilibre thermique, plus les structures qui se développent sont exotiques.
Variation
Même à un bombardement de plasma qui est de 10, 000 fois plus intense que la méthode de production standard, de telles nanostructures de carbone peuvent se développer. Crédit :K.Bystrov / DIFFER.
Après avoir exposé divers matériaux tels que le tungstène, du molybdène et du graphite à un plasma avec une alimentation en carbone, L'équipe de Bystrov a découvert une couche pleine de nanostructures exotiques de carbone :nanotubes multi-parois ou extra-longs, structures de chou-fleur et couches de graphène. Des paramètres variables tels que la densité du plasma, la température et la composition ont donné des structures différentes à chaque fois. Bystrov :« Il était très surprenant qu'un énorme bombardement de particules comme celui qui se produit sur le bord d'un réacteur à fusion puisse produire des structures aussi délicates ». L'influence du matériau sur lequel les structures déposées se sont formées s'est avérée étonnamment faible :sur les trois surfaces testées, les mêmes types de structures se sont développés.
Machines polyvalentes
Dans le dispositif Pilot-PSI, les chercheurs peuvent exposer des matériaux à des conditions extrêmes, comme celles qui prévaudront à la paroi des futurs réacteurs à fusion. Crédit :DIFFERENT.
Avec la recherche, Bystrov et ses collègues n'ont pas encore de concurrent pour la technique PECVD. "Notre intérêt est de démontrer que vous pouvez permettre à des processus intéressants de se produire dans des environnements 10, 000 fois plus intense que prévu, " Bystrov écrit dans sa publication. Le Dr Greg De Temmerman, directeur de recherche de l'équipe Plasma Surface Interactions chez DIFFER :" Nous avons mis en place ces expériences pour étudier ce qui se passe avec les matériaux des parois dans les futurs réacteurs à fusion. Cette recherche démontre que les conditions dans Pilot-PSI et son grand frère Magnum-PSI sont également intéressantes bien en dehors de la communauté fusion. Ce sont des machines très polyvalentes."
