Les scientifiques de l'Université Rice ont trouvé le solvant « ultime » pour toutes sortes de nanotubes de carbone (CNT), une percée qui rapproche de plus en plus la création d'un nanofil quantique hautement conducteur.

Les nanotubes ont la frustrante habitude de se regrouper, les rendant moins utiles que lorsqu'ils sont séparés dans une solution. Les scientifiques du riz dirigés par Matteo Pasquali, professeur en génie chimique et biomoléculaire et en chimie, essaient de les démêler depuis des années alors qu'ils recherchent des méthodes évolutives pour les rendre exceptionnellement solides, ultraléger, des matériaux hautement conducteurs qui pourraient révolutionner la distribution d'énergie, comme le fil quantique du fauteuil.

Le fil quantique de fauteuil - un câble macroscopique de nanotubes métalliques bien alignés - a été imaginé par le regretté Richard Smalley, un chimiste Rice qui a partagé le prix Nobel pour sa part dans la découverte de la famille de molécules qui comprend le nanotube de carbone. Rice célèbre cette année le 25e anniversaire de cette découverte.

Pasquali, l'auteur principal Nicholas Parra-Vasquez et leurs collègues ont rapporté ce mois-ci dans le journal en ligne ACS Nano que l'acide chlorosulfonique peut dissoudre des nanotubes d'un demi-millimètre en solution, une étape critique dans le filage de fibres à partir de nanotubes ultralongs.

Méthodes actuelles pour dissoudre les nanotubes de carbone, qui comprennent l'entourage des tubes avec des tensioactifs de type savon, en les dopant avec des métaux alcalins ou en fixant de petits groupes chimiques sur les flancs, disperser les nanotubes à des concentrations relativement faibles. Ces techniques ne sont pas idéales pour le filage des fibres car elles détériorent les propriétés des nanotubes, soit en attachant de petites molécules à leurs surfaces, soit en les raccourcissant.

Il y a quelques années, les chercheurs de Rice ont découvert que l'acide chlorosulfonique, un "superacide, " ajoute des charges positives à la surface des nanotubes sans les endommager. Cela provoque la séparation spontanée des nanotubes les uns des autres dans leur forme groupée naturelle.

Cette méthode est idéale pour fabriquer des solutions de nanotubes pour le filage de fibres, car elle produit des dopes fluides qui ressemblent étroitement à celles utilisées dans le filage industriel de fibres haute performance. Jusque récemment, les chercheurs pensaient que cette méthode de dissolution ne serait efficace que pour les nanotubes monoparois courts.

Dans le nouveau journal, l'équipe Rice a rapporté que la méthode de dissolution acide fonctionne également avec tout type de nanotube de carbone, indépendamment de la longueur et du type, tant que les nanotubes sont relativement exempts de défauts.

Parra-Vasquez a décrit le processus comme "très facile".

"Le simple fait d'ajouter les nanotubes à l'acide chlorosulfonique entraîne la dissolution, sans même mélanger, " il a dit.

Alors que des recherches antérieures s'étaient concentrées sur les nanotubes de carbone à paroi simple, l'équipe a découvert que l'acide chlorosulfonique est également apte à dissoudre les nanotubes à parois multiples (MWNT). "Il existe de nombreux procédés qui permettent de fabriquer des nanotubes multiparois à moindre coût, et il y a beaucoup de recherches avec eux, " dit Parra-Vasquez, qui a obtenu son doctorat Rice l'année dernière. "Nous espérons que cela ouvrira de nouveaux domaines de recherche."

Ils ont également observé pour la première fois que de longs SWNT dispersés par des superacides forment des cristaux liquides. "Nous savions déjà qu'avec des nanotubes plus courts, la phase cristalline liquide est très différente des cristaux liquides traditionnels, ainsi les cristaux liquides formés à partir de nanotubes ultralongs devraient être intéressants à étudier, " il a dit.

Parra-Vasquez, maintenant chercheur postdoctoral au Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne, Université' de Bordeaux, Talence, La France, est venu à Rice en 2002 pour des études supérieures avec Pasquali et Smalley.

Co-auteur de l'étude Micah Green, professeur adjoint de génie chimique à Texas Tech et ancien boursier postdoctoral dans le groupe de recherche de Pasquali, ledit travail avec de longs nanotubes est essentiel pour obtenir des propriétés exceptionnelles dans les fibres car les propriétés mécaniques et électriques dépendent à la fois de la longueur des nanotubes constitutifs. Pasquali a déclaré que l'utilisation de longs nanotubes dans les fibres devrait améliorer leurs propriétés de l'ordre d'une à deux grandeurs, et que des propriétés améliorées similaires sont également attendues dans des films minces de nanotubes de carbone à l'étude pour des applications électroniques flexibles.

Un objectif immédiat pour les chercheurs, Parra-Vasquez a dit, sera de trouver "de grandes quantités de nanotubes ultralongs à paroi simple avec de faibles défauts - et ensuite de fabriquer cette fibre que nous rêvons de fabriquer depuis mon arrivée à Rice, un rêve que Rick Smalley avait et que nous avons tous partagé depuis."