L'objectif est de développer une technique de fabrication de nanotubes de carbone permettant le contrôle de leurs propriétés électroniques directement lors de la synthèse. Ceci permettra l'utilisation effective de nanotubes de carbone dans différents dispositifs électroniques, sans passer par une étape de tri. Notre approche se fonde sur le contrôle de la taille et la composition chimique des catalyseurs, Pour cela en utilisera un nouveau procédé combinant la chimie de surface et la chimie de coordination. Des résultats préliminaires extrêmement prometteurs montrent très clairement que cet objectif est parfaitement réaliste. Cette approche expérimentale sera complétée par la simulation numérique pour améliorer la sélectivité de la synthèse vers un type de nanotube de propriétés ciblés (métallique ou semi-conducteur). Dans ce projet on s'intéressera à la compréhension de la sélectivité de la synthèse de nanotubes de carbone à partir des catalyseurs bimétalliques. Dans ce but, une partie importante du travail expérimental sera consacrée à l’étude structurale des nanoparticules, des nanotubes et de leur relation, en utilisant une panoplie puissante de techniques d’investigation (HR-TEM, STEM, HREELS and XPS). Ces résultats seront corrélés avec les propriétés des nanotubes obtenus. Les mécanismes de croissance seront étudiés par simulation numérique. De nouveaux outils seront développés pour pouvoir simuler les catalyseurs bimétalliques dont l’utilisation semble cruciale pour la synthèse de nanotubes à propriétés spécifiques. Ce projet contribuera ainsi à éliminer l’un des obstacles majeurs vers une utilisation à grande échelle des nanotubes de carbones dans diverses applications en micro/nano électronique.

Le projet se déroulera suivant deux voies, l'une expérimentale, l'autre théorique, basée essentiellement sur la simulation numérique, pour arriver à une synthèse directe maîtrisée de nanotubes de carbone et à la compréhension des mécanismes en jeu. Ces deux voies d'approche seront en interaction rapprochée, en particulier grâce à la présence de simulateurs et d'expérimentateurs ayant une longue pratique du travail en commun. Le travail expérimental repose sur trois taches: Synthèse des catalyseurs, synthèse des nanotubes par CVD et caractérisation fine des catalyseurs, avant et après la CVD, puis synthèse de nanotube de carbone. Ces trois taches seront en interaction constante, portées par un doctorant qui se partagera entre les partenaires. Comme il s'agira de rechercher le système catalytique donnant la meilleure sélectivité, ces trois taches se reboucleront jusqu'à obtention du résultat. Chacune de ces étapes expérimentales aura un pendant théorique. Après concertation avec les partenaires expérimentaux, le choix sera fait d'un ou deux systèmes catalytiques bimétalliques particulièrement efficaces qui seront étudiés en détail. Les mécanismes de croissance des nanotubes seront analysés en détail, en se reposant sur les calculs de Monte Carlo dans le Grand Ensemble, basés sur un modèle d'énergie en liaisons fortes, qui est une spécificité unique des partenaires (LEM/CINAM) du consortium. L'extension des codes de calculs à des systèmes bimétalliques permettra de coller au mieux aux expériences et de comprendre l'origine de la sélectivité.