Des scientifiques de l'Université Rice ont découvert que le fort champ de force émis par une bobine de Tesla provoque l'auto-assemblage des nanotubes de carbone en longs fils, un phénomène qu'ils appellent "Teslaphorèse".

L'équipe dirigée par le chimiste de Rice Paul Cherukuri a publié ses résultats cette semaine dans ACS Nano .

Cherukuri considère que cette recherche ouvre la voie à un assemblage évolutif de nanotubes de bas en haut.

Le système fonctionne en faisant osciller à distance des charges positives et négatives dans chaque nanotube, les obligeant à s'enchaîner en de longs fils. La bobine Tesla spécialement conçue par Cherukuri génère même un effet de faisceau de tracteur lorsque les fils de nanotubes sont tirés vers la bobine sur de longues distances.

Cet effet de champ de force sur la matière n'avait jamais été observé à une si grande échelle, Cherukuri a dit, et le phénomène était inconnu de Nikola Tesla, qui a inventé la bobine en 1891 avec l'intention de fournir de l'énergie électrique sans fil.

"Les champs électriques ont été utilisés pour déplacer de petits objets, mais uniquement sur des distances ultracourtes, " dit Cherukuri. " Avec Teslaphorèse, nous avons la capacité d'augmenter massivement les champs de force pour déplacer la matière à distance."

Les chercheurs ont découvert que le phénomène assemble et alimente simultanément des circuits qui récupèrent l'énergie du champ. Dans une expérience, les nanotubes se sont assemblés en fils, formé un circuit reliant deux LED, puis absorbé l'énergie du champ de la bobine Tesla pour les allumer.

Cherukuri a réalisé qu'une bobine Tesla redessinée pouvait créer un champ de force puissant à des distances bien plus grandes que quiconque ne l'imaginait. Son équipe a observé l'alignement et le mouvement des nanotubes à plusieurs mètres de la bobine. "C'est tellement étonnant de voir ces nanotubes prendre vie et se coudre en fils de l'autre côté de la pièce, " il a dit.

Les nanotubes étaient un premier matériau d'essai naturel, étant donné leur héritage à Rice, où le processus de production HiPco a été inventé. Mais les chercheurs prévoient que de nombreux autres nanomatériaux peuvent également être assemblés.

Lindsey Bornhoeft, l'auteur principal de l'article et étudiant diplômé en génie biomédical à la Texas A&M University, a déclaré que le champ de force dirigé de la bobine de banc à Rice est limité à quelques pieds. Pour examiner les effets sur la matière à de plus grandes distances, il faudrait des systèmes plus grands qui sont en cours de développement. Cherukuri a suggéré que des surfaces à motifs et plusieurs systèmes de bobines Tesla pourraient créer des circuits d'auto-assemblage plus complexes à partir de particules de taille nanométrique.

Cherukuri et sa femme, Tonya, également un ancien de Rice et co-auteur de l'article, a noté que leur fils Adam a fait des observations remarquables en regardant des vidéos de l'expérience. "J'ai été surpris qu'il remarque des motifs dans les mouvements des nanotubes que je n'ai pas vus, " a déclaré Cherukuri. " Je ne pouvais pas faire de lui un auteur sur le papier, mais lui et son petit frère John sont reconnus pour leurs discussions utiles."

Cherukuri connaît la valeur de l'observation juvénile – et de l'imagination – depuis qu'il a commencé à concevoir des bobines Tesla à l'adolescence. "Je n'aurais jamais pensé, comme un gamin de 14 ans construisant des bobines, que ça allait être utile un jour, " il a dit.

Cherukuri et son équipe ont autofinancé les travaux, ce qui, selon lui, le rendait plus significatif pour le groupe. "C'était l'un des projets les plus excitants que j'aie jamais réalisés, d'autant plus qu'il s'agissait d'un groupe entièrement bénévole de scientifiques et d'étudiants passionnés. Mais parce que Rice a cette merveilleuse culture de sagesse non conventionnelle, nous avons pu faire une découverte étonnante qui repousse les frontières de la nanoscience."

Les coéquipiers ont hâte de voir où mèneront leurs recherches. "Ces fils de nanotubes grandissent et agissent comme des nerfs, et l'assemblage contrôlé de nanomatériaux de bas en haut peut être utilisé comme modèle pour des applications en médecine régénérative, " a déclaré Bornhoeft.

"Il y a tellement d'applications où l'on pourrait utiliser des champs de force puissants pour contrôler le comportement de la matière dans les systèmes biologiques et artificiels, " a déclaré Cherukuri. " Et ce qui est encore plus excitant, c'est la quantité de physique et de chimie fondamentales que nous découvrons au fur et à mesure que nous avançons. Ce n'est vraiment que le premier acte d'une histoire incroyable."

Les co-auteurs sont Rice senior Aida Castillo; Les chercheurs sur le riz Carter Kittrell, Dustin James et Bruce Brinson; Rice Distinguished Faculty Fellow Bruce Johnson; Thomas Rybolt, chef du département de chimie et professeur de la Fondation UC à l'Université du Tennessee-Chattanooga; et Preston Smalley de la Second Baptist School de Houston, qui a travaillé sur le projet en tant que stagiaire d'été chez Rice. Cherukuri et Bornhoeft ont commencé le projet alors qu'ils étaient tous deux à l'Université du Tennessee-Chattanooga.