Utiliser le nanocarbone pour des appareils économes en énergie
Les dispositifs électroniques de pointe nécessitent des technologies produisant des faisceaux d'électrons. Une cathode à émission de champ (ou froide) est un exemple de source d'électrons, qui peut potentiellement être utilisée dans des dispositifs électroniques sous vide comme des lampes cathodoluminescentes et des écrans plats, des tubes à micro-ondes et à rayons X, etc. Alors qu'on recherche de nouvelles cathodes pouvant produire un puissant flux d'électrons avec peu d'énergie, les matériaux carbonés se signalent par leur extraordinaire capacité de transport du courant. Dans les dispositifs miniatures, des nanocarbones remplacent les structures métalliques ou semi-conductrices exigeant des technologies microélectroniques coûteuses. Les cathodes froides à nanocarbone émettent des électrons lors de l'application d'un champ électrique. L'amélioration exceptionnelle de l'émission d'électrons est obtenue en réponse à des impulsions laser. Dans le cadre de l'initiative FANCEE (Fundamentals and applications of nano-carbon electron emitters), financée par l'UE, les scientifiques ont cherché comment la structure des matériaux nanocarbonés affecte l'efficacité de l'émission des électrons. Les scientifiques ont ainsi pu développer de nouveaux matériaux capables d'améliorer les propriétés d'émission des cathodes et les performances des appareils électroniques. Ils ont également produit des films ultra minces constitués soit de graphène, soit de carbone pyrolitique. Ceux-ci peuvent être utilisés pour divers dispositifs optoélectroniques comme des diodes ou des cellules solaires et photovoltaïques fonctionnant à la fois sous le contrôle de la lumière et d'une tension appliquée. En plus de ces films graphitiques présentant des morphologies variées, ils ont synthétisé une aiguille monocristalline de diamant pouvant être utilisée comme source d'électrons dans des dispositifs électroniques et optoélectroniques. En manipulant la forme de la pointe de cette aiguille, les scientifiques ont créé une nouvelle catégorie de cathodes à émission de champ. Parmi les prototypes développés par FANCEE, on compte des lampes cathodoluminescentes (dans lesquelles la lumière est générée par un matériau phosphore excité par un faisceau d'électrons) et des tubes à rayons X (dans lesquels les rayons X résultent de l'interaction d'électrons à haute énergie avec une anode cible métallique). Un développement particulièrement intéressant de cette technologie est la conception d'un canon à électrons destiné à être utilisé dans une voile solaire électrique (E-sail), une technique de propulsion des vaisseaux spatiaux. Ce canon est en cours de test à bord d'ESTCube-1, le premier satellite au monde à être équipé d'une voile solaire électrique. FANCEE a démontré que les cathodes au nanocarbone ainsi développées sont très supérieures aux cathodes à base de métaux ou de semi-conducteurs. Une fois commercialisés, ces cathodes et les matériaux nanocarbonés développés pourront être utilisés dans des domaines tels que l'électrochimie, l'aérospatiale ou l'automobile.
Mots‑clés
Nanocarbone, sources d'électrons, électronique sous vide, optoélectronique, FANCEE
