La capacité de contrôler avec précision la structure des NTC est cruciale pour libérer leur plein potentiel et les adapter à des applications spécifiques. L’un des aspects clés du contrôle de la structure des NTC est la direction de roulement, qui détermine l’orientation du réseau hexagonal et la chiralité du nanotube qui en résulte.
Pour comprendre comment faire rouler un nanotube, visualisons une feuille de graphène, qui est une seule couche d'atomes de carbone disposés dans un réseau hexagonal. L’enroulement de cette feuille de graphène dans une certaine direction entraîne la formation d’un CNT. La direction de roulement est généralement définie par un vecteur appelé « vecteur chiral », qui relie deux points de réseau équivalents sur la feuille de graphène.
La chiralité d'un CNT est déterminée par l'angle entre le vecteur chiral et la direction zigzag de la feuille de graphène. Selon le sens de laminage, les NTC peuvent être classés en trois types principaux :
1. Fauteuil Nanotubes : Dans les nanotubes de fauteuil, le vecteur chiral est parfaitement aligné avec la direction du zigzag, ce qui donne un NTC avec une disposition régulière des hexagones.
2. Nanotubes en zigzag : Dans les nanotubes en zigzag, le vecteur chiral est parfaitement aligné avec la direction du fauteuil, ce qui donne un CNT avec un motif d'hexagones en zigzag.
3. Nanotubes chiraux : Dans les nanotubes chiraux, le vecteur chiral forme un angle entre les directions zigzag et fauteuil, ce qui donne un NTC avec un agencement torsadé d'hexagones.
La chiralité d'un CNT a un impact profond sur ses propriétés électroniques. Les nanotubes de type fauteuil sont généralement métalliques, tandis que les nanotubes en zigzag et chiraux peuvent être métalliques ou semi-conducteurs. Cette différence de propriétés électroniques résulte des effets de mécanique quantique du confinement des électrons dans la structure des nanotubes.
Un contrôle précis de la direction de roulement et de la chiralité des NTC est obtenu grâce à diverses techniques de synthèse, notamment le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), la décharge en arc et l'ablation laser. Ces techniques impliquent de contrôler les conditions de croissance, telles que la température, la pression et la composition du catalyseur, pour favoriser la formation de types spécifiques de NTC.
En CVD, par exemple, la direction de roulement des NTC peut être influencée par l'orientation de la surface du substrat ou par l'utilisation de catalyseurs à motifs. En contrôlant les paramètres de croissance, il est possible de synthétiser sélectivement des chiralités spécifiques des NTC.
En résumé, faire rouler un nanotube consiste à visualiser une feuille de graphène et à l’enrouler dans une direction spécifique, définie par le vecteur chiral. Le sens de roulement détermine la chiralité du CNT et ses propriétés électroniques. Un contrôle précis de la direction de roulement est obtenu grâce à diverses techniques de synthèse, permettant la croissance sur mesure de NTC présentant les caractéristiques structurelles et électriques souhaitées.
