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Améliorer les propriétés d’émission des nanotubes de carbone à parois multiples (NTC-MP) est d’une grande importance pour des applications allant des cathodes froides des microscopes électroniques à haute résolution aux systèmes portables d’imagerie à rayons X. Dans un article publié dans Nanotechnology, l’équipe du professeur My Ali El Khakani du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS montre comment elle a développé des nanostructures NTC originales et plus performantes en termes d’émission électronique à effet de champ.
Les NTC-MP ainsi développés ont la particularité d’avoir des feuillets de graphène déployés à leurs extrémités. De plus, l’équipe a réussi à décorer ces feuillets de graphène de nanoparticules d’or, augmentant ainsi la densité de centres émetteurs d’électrons.Une image de cettestructure nanohybride impressionnante (obtenue par microscopie électronique à transmission) a d’ailleurs été sélectionnée par l’éditeur pour faire la page couverture de la revue Nanotechnolgy (Vol. 26, no 4).
Reconnues pour leurs excellentes propriétés de conduction électronique à température ambiante et leur stabilité, les NTC-MP nécessitent souvent des procédés de fabrication complexes et coûteux. Se déployant en deux temps, l’approche mise de l’avant par les chercheurs de l’INRS améliore grandement la performance d’émission électronique de ces nouvelles cathodes froides.
Les chercheurs ont d’abord synthétisé les NTC-MP par dépôt chimique en phase vapeur assistée par décharge plasma RF (connue sous le terme anglo-saxon « PECVD »). L’optimisation du procédé PECVD a permis la croissance des films NTC-MP dont les pointes finissent en feuillets de graphène déployés. En deuxième lieu, ils ont décoré ces nanostructures de NTC-MP « graphenées » (gNTC-MP) de nanoparticules (NP) d’or (2 à 3 nm de diamètre), en mettant à profit l’expertise de l’équipe dans le domaine de l’ablation laser.
Ces nouvelles nanostructures hybrides (gNTC-MP/NP-Au) permettent d’accroître significativement la densité des sites d’émission d’électrons; leurs propriétés d’émission électronique, à froid, s’en trouvent ainsi grandement améliorées.
« La structure électronique et la topographie uniques du graphène le rendent très attrayant pour la décoration avec nanoparticules d’or. De plus, l’amplification du champ électrique au niveau des nanoparticules permet de maximiser l’émission électronique de ces nanohybrides à base de gNTC-MP/NP-Au. »
Professeur El Khakani.
La mise au point de ces nouveaux émetteurs nanohybrides ouvre la voie à de nouvelles cathodes froides pour le développement des sources d’électrons à haute brillance, portatives et peu consommatrices d’énergie.
Les faits saillants de cette recherche ont été présentés dans le blogue Lab Talk. ♦
À propos de cette publication
Les résultats de cette recherche, réalisée dans le cadre de la thèse de doctorat de Loick-Alexandre Gautier sous la direction du Prof. El Khakani du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, ont été publiés dans la revue Nanotechnology (vol. 26, no 4). L’article s’intitule « Field electron emission enhancement of graphenated MWCNTs emitters following their decoration with Au nanoparticles by a pulsed laser ablation process», et a pour auteurs L.-A. Gautier, V. Le Borgne, N. Delegan, R. Pandiyan et M. A. El Khakani. L’équipe de recherche a bénéficié de subventions du Conseil de recherches en sciences et en génie du Canada (CRSNG), de Plasma-Québec, un centre d’excellence du Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT), et de Nano-Québec.
DOI:10.1088/0957-4484/26/4/045706
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