(PhysOrg.com) -- Les chercheurs de l'Imperial College de Londres ont développé un méthode pratique et efficace pour activer des sites à la surface des nanotubes de carbone (CNT) et leur lier ensuite une large gamme de molécules. Cette nouvelle méthode permettra la fabrication à grande échelle de NTC modifiés.
La nouvelle méthode, rapporté ce mois-ci dans le journal Sciences chimiques , surmonte un obstacle majeur dans le développement d'applications à l'échelle industrielle pour les NTC. Il fournit aux fabricants une méthode qui, en principe, peut être utilisé pour modifier la chimie de surface de la structure de nanotube sous-jacente, sur une grande Scale. La modification de surface peut fournir de nouvelles propriétés ou permettre des étapes de traitement ultérieures :par exemple, les molécules greffées sur les NTC peuvent introduire une activité catalytique ou assurer une compatibilité avec des solvants particuliers.
Notre approche est potentiellement une étape très importante vers la fabrication de nanotubes de carbone aux caractéristiques chimiques spécifiques, la fonctionnalisation, à l'échelle industrielle, " a déclaré le professeur Milo Shaffer, auteur principal de l'étude du département de chimie de l'Imperial College de Londres. « Notre méthode est extrêmement pratique car, en principe, il peut exploiter les infrastructures existantes tout en restant extrêmement polyvalent; la vaste gamme de molécules pouvant être liées aux NTC rend la technologie adaptable à presque toutes les applications. »
"Notre technique est intrinsèquement évolutive et, pour la première fois, il devrait être possible de fonctionnaliser les NTC à l'échelle de leur production. Ce changement est important car la capacité actuelle de l'industrie à fabriquer des NTC est de plusieurs centaines, sinon des milliers, de fois supérieure à sa capacité à ajouter une chimie de surface complexe. Cette technique devrait augmenter la disponibilité des NTC fonctionnalisés, permettre de nouvelles applications nécessitant une fabrication en masse, et ainsi favoriser la croissance du marché, " a ajouté le professeur Shaffer.
La méthode que le professeur Shaffer et ses collègues ont développée devrait permettre aux NTC d'être facilement adaptés à des applications potentielles telles que les réseaux de capteurs, filtres, électrodes pour appareils électrochimiques, catalyseurs avancés et pour améliorer la compatibilité des NTC dans, par exemple, matériaux composites, solvants, et électrolytes.
L'étape clé de la nouvelle méthode consiste à activer les NTC à haute température sous atmosphère inerte ou sous vide. Le traitement à haute température entraîne la désorption des oxydes de surface sur la surface des NTC, produisant des radicaux réactifs qui peuvent ensuite se lier à une large gamme de molécules fonctionnelles pour modifier les propriétés physico-chimiques des NTC. Les radicaux peuvent également initier la polymérisation de monomères, de sorte que les oligomères de molécules fonctionnelles sont liés aux NTC. Le traitement ne cause pas de dommages significatifs à la structure des NTC, car les sites de surface qu'il active sont déjà présents sur des nanotubes fabriqués selon les méthodes industrielles classiques. Le nombre de sites réactifs, et donc degré de fonctionnalisation, peut être augmentée par des étapes d'oxydation supplémentaires.
L'équipe du professeur Shaffer a démontré que les molécules fonctionnelles sont liées à, et uniformément répartie sur, la surface des NTC. Alors que les molécules sont liées à des densités relativement faibles, le degré de fonctionnalisation est suffisant pour offrir des avantages dans les applications industrielles. L'équipe a déjà démontré la fixation de particules métalliques catalytiques, solubilités améliorées, et un mouillage amélioré avec des matrices polymères.
Le professeur Shaffer a déclaré :« Le traitement thermique pour activer les NTC est compatible avec certaines technologies de production existantes et peut être facilement adopté pour fonctionner avec d'autres. Lorsque les molécules fonctionnelles à ajouter sont volatiles, le procédé peut être mis en oeuvre en phase gazeuse sans avoir besoin de solvants, à n'importe quel stade. L'absence de solvant simplifie la purification des NTC fonctionnalisés et, comme de nombreux solvants utilisés dans les méthodes d'activation par voie humide sont corrosifs et toxiques, cette option présente des avantages pour l'environnement et le contrôle des risques. Il a aussi l'avantage d'être moins dommageable, moins de gaspillage, et moins de temps que les méthodes existantes."
