Brevet FR2922879A1 — publié le 20090501

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de fabrication de microtubes de carbone. Elle s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, à la fabrication de microtubes de carbone en milieu aqueux. On sait que la réalisation de microtubes de carbone est effectuée généralement 15 par dépôt sous vide ou par pyrolyse. Cependant, il s'avère que ces techniques présentent un certain nombre d'inconvénients, à savoir par exemple, la nécessité : • de mettre en oeuvre des moyens techniques sophistiqués et coûteux tels 20 que des réacteurs de pyrolyse ou (les pompes turbomoléculaires ; • d'obtenir des conditions relatives à la nature de l'atmosphère et à la température précises et déterminées • de disposer d'une grande expertise dans la mise en oeuvre de ces techniques et dans l'exploitation des moyens à mettre en oeuvre. 25 L'invention a donc plus particulièrement pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé permettant de produire des microtubes de carbone, caractérisé en ce que les microtubes sont obtenus par attaque d'une anode constituée de carbone pur amorphe, lors de l'électrolyse d'un composé 30 basique en solution dans de l'eau contenue dans une cellule d'électrolyse, cette cellule comportant une cuve, des électrodes comportant au moins une cathode 1 et ladite anode, ainsi qu'un générateur extérieur de courant électrique relié auxdites électrodes, et en ce que le procédé selon l'invention comprend la réalisation des étapes suivantes : • le remplissage de la cellule d'électrolyse avec la solution basique, la température de cette solution étant comprise entre 20 et 110°C ; • la mise en place des deux électrodes : l'anode qui est constituée de carbone pur amorphe étant reliée au pôle positif du générateur extérieur alors que la cathode est mise au potentiel de la masse ; • l'application d'une tension positive par rapport à la masse aux bornes de l'anode à la surface de laquelle les microtubes de carbone se forment ; • l'application au moyen du générateur de paramètres de courant û tension déterminés ; • le contrôle du maintien de ces paramètres jusqu'à la dissolution complète de l'anode en carbone. A titre d'exemple, la température de la solution basique est de 88°C., et les paramètres de courant - tension déterminés sont les suivants : • la tension appliquée aux bornes de l'anode est comprise entre 60 et 80 Volts ; • le courant moyen débité par le générateur est compris entre 0,5 et 1,5 Ampères. Toujours à titre d'exemple, et de manière plus précise, la tension appliquée aux bornes de l'anode est de 70 Volts et le courant moyen débité par le générateur est de 1 Ampère. De plus, la concentration du composé basique est de préférence sensiblement égale à 0,05 mol/1. Le composé basique peut être notamment un composé alcalin ou d'ammoniaque.30 Avantageusement, le procédé selon l'invention permet également de produire des résidus de composé d'insertion de carbone. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel : La figure unique est une représentation d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Dans cet exemple non limitatif, tel que cela est représenté sur la figure unique, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention nécessite : • une cellule d'électrolyse 1 comportant : - une cuve 2 ; - des électrodes comportant une cathode 3 et une anode 4 ; - une générateur extérieur 5 de courant électrique relié auxdites électrodes, l'anode 4 étant reliée au pôle positif de ce générateur 5 alors que la cathode 3 est mise au potentiel de la masse ; • un composé basique pouvant être un composé alcalin ou d'ammoniaque en solution dans de l'eau contenue dans la cellule d'électrolyse 1 ; en l'espèce, ce composé est constitué par du sodium. Le procédé selon l'invention comprend la réalisation des étapes suivantes : • le remplissage de la cellule d'électrolyse 1 avec la solution alcaline constituée par du sodium en solution dans de l'eau distillée, la température de cette solution est en l'espèce de 88°C ; le sodium en solution réagit avec l'eau selon l'équation suivante : 2 Na + 2 H20 -* (2 Na+ + 2 OH-) + H2 ; la concentration du composé alcalin (en l'espèce, de l'hydroxyde de sodium) est sensiblement égale à 0,05 mol/1 ; • la mise en place des deux électrodes : l'anode 4 qui est constituée de carbone pur amorphe étant reliée au pôle positif du générateur extérieur alors que la cathode 3 est mise au potentiel de la masse, cette cathode 3 pouvant être constituée d'acier inoxydable ; • l'application d'une tension positive par rapport à la masse aux bornes de l'anode 4 à la surface de laquelle les microtubes de carbone se forment ; 5 • l'application au moyen du générateur extérieur 5 de paramètres de courant û tension déterminés qui sont en l'espèce les suivants : - la tension appliquée aux bornes de l'anode 4 est égale à 70 Volts ; - le courant moyen débité par le générateur 5 est égal à 1 Ampère ; • le contrôle du maintien de ces paramètres jusqu'à la dissolution complète de l'anode 4 en carbone. Le bilan de l'électrolyse est le suivant : • à l'anode 4, la réaction d'oxydation se traduit par l'équation suivante : 2OH--2éû*H20+1/ZO2 • à la cathode 3, la réaction de réduction se traduit par l'équation suivante : 2Na++2éù2Na puis : 2 Na + 21120 --> (2 Na+ + 2 OH") + H2 On observe de façon surprenante et concomitamment : • la formation à la surface de l'anode 4 de microtubes de carbone ; • une détérioration de cette anode 4 constituée de carbone pur amorphe ; et • la formation de résidus de composés d'insertion de carbone en suspension dans ladite solution. On supposera que l'association : • desdits paramètres de courant ù tension déterminés ; • de la valeur spécifique de la température de ladite solution ; -5•- • de la libération d'électrons au niveau de l'anode 4 ; provoquent une modification de la structure du carbone pur arnorphe constituant cette anode 4, et une transformation de celui ù ci en d'autres variétés allotropiques du carbone à savoir, des microtubes de carbone et des composés d'insertion de carbone. En l'espèce, les microtubes de carbone ont un rayon moyen sensiblement égal à 10 �m, et sont transparents à la lumière visible. Revendications 1. Procédé permettant de produire des microtubes de carbone, caractérisé en ce que les microtubes sont obtenus par attaque d'une anode (4) constituée de carbone pur amorphe, loirs de l'électrolyse d'un composé basique en solution dans de l'eau contenue dans une cellule d'électrolyse (1), cette cellule (1) comportant une cuve (2), des électrodes comportant au moins une cathode (3) et ladite anode (4), ainsi qu'un générateur extérieur (5) de courant électrique relié auxdites électrodes, et en ce que le procédé selon l'invention comprend la réalisation des étapes suivantes : • le remplissage de la cellule d'électrolyse (1) avec la solution basique, la température de cette solution étant comprise entre 20 et 110°C ; • la mise en place des deux électrodes : l'anode (4) qui est constituée de carbone pur amorphe étant reliée au pôle positif du générateur extérieur (5) alors que la cathode (3) est mise au potentiel de la masse ; • l'application d'une tension positive par rapport à la masse aux bornes de l'anode (4) à la surface de laquelle les microtubes de carbone se forment ; • l'application au moyen du générateur (5) de paramètres de courant ù tension déterminés ; • le contrôle du maintien de ces paramètres jusqu'à la dissolution complète de l'anode (4) en carbone. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : • la tension appliquée aux bornes de l'anode (4) est comprise entre 60 et 80 Volts ; • le courant moyen débité par le générateur (5) est compris entre 0,5 et 1,5 Ampère. 630 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la température de la solution basique est de 88°C. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, 5 caractérisé en ce que la tension appliquée aux bornes de l'anode (4) est de 70 Volts. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le courant moyen débité par le générateur (5) est de 10 1 Ampère. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la concentration du composé basique est égale à 0,05 mol/1. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cathode (3) est constituée d'acier inoxydable. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, 20 caractérisé en ce que le composé basique est un composé alcalin ou d'ammoniaque. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce qu'il comprend : • une cellule d'électrolyse (1) comportant : - une cuve (2) ; > des électrodes comportant une cathode (3) et une anode (4) ; - une générateur extérieur (5) de courant électrique relié auxdites 30 électrodes, l'anode (4) étant reliée au pôle positif de ce 15- 8 générateur (5) alors que la cathode (3) est mise au potentiel de la masse ; • un composé basique en solution dans de l'eau contenue dans la cellule d'électrolyse (1).