L'amélioration de l'émission d'électrons des nanotubes de carbone multiparois (MWCNT) est essentielle pour des applications allant des cathodes froides utilisées dans les microscopes électroniques à haute résolution aux systèmes portables d'imagerie à rayons X. Dans un article récemment publié dans Nanotechnologie , une équipe dirigée par le professeur My Ali El Khakani, du Centre de Recherche Energie Matériaux Télécommunications de l'INRS (INRS-EMT), a rapporté une approche originale pour le développement de nouveaux MWCNT graphénés avec des propriétés d'émission d'électrons de champ (FEE) améliorées.
Les pointes de ces MWCNT sont constituées de feuilles de graphène déployées. En décorant de manière appropriée ces feuilles de graphène avec des nanoparticules d'or, l'équipe INRS-EMT a pu augmenter significativement la densité de sites émetteurs d'électrons, et ainsi améliorer leurs performances FEE. Une image en microscopie électronique à transmission (MET) de ces impressionnantes structures nanohybrides FEE a été choisie par le rédacteur en chef de la revue pour figurer sur la page couverture du Nanotechnologie journal.
Les MWCNT sont d'excellents émetteurs d'électrons de champ en raison de leur stabilité et de leur conduction électronique à température ambiante, mais il reste encore des défis pour maximiser leur courant d'émission au champ électrique appliqué le plus bas possible. Dans ce contexte, il a été démontré que le processus de croissance en deux étapes développé par les chercheurs de l'INRS améliore efficacement les performances FEE de ces nouvelles cathodes froides émettrices d'électrons.
L'équipe a utilisé un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) pour faire croître les nanotubes de carbone, tout en optimisant les conditions de croissance du plasma pour produire des MWCNT avec des pointes constituées de feuilles de graphène déployées. Dans un deuxième temps, en capitalisant sur leur expertise dans le domaine de l'ablation laser, ils ont décoré ces structures graphénées-MWCNT (g-MWCNT) avec des nanoparticules d'or de 2-3 nm de diamètre (Au-NP). Les nouvelles structures nanohybrides (g-MWCNT/Au-NP) ont une densité significativement plus élevée de sites émetteurs d'électrons, ce qui améliore considérablement l'émission d'électrons de champ. « La structure électronique unique du graphène ainsi que sa topographie de surface particulière en font un substrat idéal pour la décoration avec des nanoparticules d'or. Ces Au-NP contribuent positivement au processus FEE grâce à l'amélioration du champ électronique local, qui à son tour maximise l'émission d'électrons de ces nanohybrides g-MWCNT/Au-NP, " explique le professeur El Khakani.
Le développement de ces nouveaux émetteurs nanohybrides ouvre de nouvelles perspectives pour leur application comme cathodes froides dans les portables, basse tension, sources d'électrons très brillantes.
