Les nanotubes de carbone sont des structures cylindriques constituées d'atomes de carbone disposés dans un réseau hexagonal. En raison de leurs propriétés uniques, notamment une conductivité électrique et thermique élevée, une résistance mécanique et une stabilité chimique, les nanotubes ont suscité un intérêt important dans la recherche pour diverses applications potentielles.
Cependant, la réalisation de ces applications repose sur un contrôle précis de la structure atomique des nanotubes, notamment des chiralités. La chiralité fait référence à la façon dont les atomes de carbone se tordent lorsqu'ils s'enroulent pour former un tube et influence les propriétés électroniques et optiques du nanotube. Les chercheurs ont déjà observé plus de 170 chiralités différentes, mais contrôler la croissance de certaines chiralités spécifiques a été un défi.
Pour relever ce défi, l'équipe du Berkeley Lab a développé une technique de croissance appelée « dépôt chimique en phase vapeur par fluide supercritique avec alimentation continue de solution ». Cette méthode consiste à introduire en continu une solution précurseur dans un réacteur de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) dans des conditions supercritiques – une température et une pression élevées qui font que la solution se comporte comme un gaz.
L’alimentation continue du précurseur garantit un apport constant d’atomes de carbone, tandis que les conditions supercritiques favorisent une croissance uniforme des nanotubes.
En utilisant cette technique, les chercheurs ont cultivé de manière sélective des nanotubes de carbone à chiralité unique avec des diamètres et des longueurs contrôlés. Ils ont présenté leur approche en cultivant des nanotubes avec cinq chiralités différentes, démontrant ainsi la polyvalence de leur méthode. La sélectivité de la croissance a été rendue possible grâce à un réglage fin de la composition des précurseurs et des conditions de croissance.
Selon l'étude, la croissance sélective des nanotubes de carbone ouvre de nouvelles possibilités pour les études fondamentales des relations structure-propriété et pour l'optimisation des performances des nanotubes dans des applications ciblées. Par exemple, des chiralités spécifiques s’avèrent prometteuses pour les appareils électroniques, l’optoélectronique et les transistors à effet de champ. Les nanotubes de carbone peuvent également servir de base à des nanocomposites dotés de propriétés mécaniques et électriques adaptées.
En maîtrisant la capacité de synthétiser des nanotubes dotés de structures atomiques spécifiques, les chercheurs constituent une avancée significative dans la libération du potentiel de ces merveilles nanométriques pour des applications technologiques avancées.
