(PhysOrg.com) -- Une équipe de recherche internationale a découvert une nouvelle méthode pour produire des ceintures de graphène appelées nanorubans. En utilisant l'hydrogène, ils ont réussi à décompresser des nanotubes de carbone à paroi simple. Le procédé ouvre également la voie à la production de nanorubans de graphane, une version modifiée et prometteuse du graphène.
Un carbone ordinaire en flocons minces, juste un atome d'épaisseur, est devenu mondialement célèbre l'année dernière. La découverte du super matériau graphène a valu à Andre Geim et Konstantin Novoselov le prix Nobel de physique 2010. Le graphène possède un large éventail de propriétés inhabituelles et très intéressantes. En tant que conducteur d'électricité, il est aussi performant que le cuivre. En tant que conducteur de chaleur, il surpasse tous les autres matériaux connus.
Il existe des possibilités d'obtenir de fortes variations des propriétés du graphène, par exemple en fabriquant du graphène sous forme de ceintures de différentes largeurs, ce qu'on appelle les nanorubans. Les nanorubans ont été préparés pour la première fois il y a deux ans. Une méthode pour les produire consiste à partir de nanotubes de carbone et à utiliser un traitement à l'oxygène pour les décompresser en nanorubans. Cependant, cette méthode laisse des atomes d'oxygène sur les bords des nanorubans, ce qui n'est pas toujours souhaitable.
Dans la nouvelle étude, l'équipe de recherche montre qu'il est également possible de décompresser des nanotubes de carbone à paroi unique en utilisant une réaction avec de l'hydrogène moléculaire. Les nanorubans produits par la nouvelle méthode auront de l'hydrogène sur les bords, ce qui peut être un avantage pour certaines applications. Alexandr Talyzine, physicien à l'Université d'Umea en Suède, a étudié au cours de la dernière décennie comment l'hydrogène réagit avec les fullerènes, qui sont des molécules de carbone en forme de ballon de football.
« Le traitement des nanotubes de carbone avec de l'hydrogène était une extension logique de nos recherches. Notre expérience précédente a été d'une grande aide dans ce travail, », dit Alexandr Talyzine.
Les nanotubes sont généralement fermés par des coupelles semi-sphériques, essentiellement des moitiés de molécules de fullerène. Les chercheurs ont déjà prouvé que les molécules de fullerène peuvent être complètement détruites par une très forte hydrogénation. Par conséquent, ils s'attendaient à des résultats similaires pour les embouts de nanotubes et ont essayé d'ouvrir les nanotubes en utilisant l'hydrogénation. L'effet a en effet été confirmé et ils ont également réussi à révéler d'autres effets passionnants.
La découverte la plus intéressante a été que certains nanotubes de carbone ont été décompressés en nanorubans de graphène à la suite d'un traitement prolongé à l'hydrogène. Ce qui est encore plus excitant :le décompression d'un nanotube avec de l'hydrogène attaché aux parois latérales pourrait éventuellement conduire à la synthèse de graphène hydrogéné :le graphane. Jusque là, le graphane a été tenté d'être synthétisé principalement par réaction d'hydrogène avec du graphène. Cela s'est avéré très difficile, surtout si le graphène est supporté sur un substrat et qu'un seul côté est disponible pour la réaction. Cependant, l'hydrogène réagit beaucoup plus facilement avec la surface courbe des nanotubes de carbone.
« Notre nouvelle idée est d'utiliser des nanotubes hydrogénés et de les décompresser en nanorubans de graphane. Jusque là, seul le premier pas vers la synthèse de nanoruban de graphane est fait et beaucoup plus de travail est nécessaire pour rendre notre approche efficace, », explique Alexandr Talyzin. « Une expérience et une expertise combinées de plusieurs groupes dans différentes universités, était la clé du succès.
Ilya V. Anochkine, Albert G. Nasibulin, Jiang Hua et Esko I. Kauppinen de l'Université Aalto sont des experts de la synthèse et de la caractérisation des nanotubes de carbone à paroi simple. Valery M. Mikoushkin, Vladimir V. Shnitov et Dmitry E. Marchenko de Saint-Pétersbourg ont effectué des caractérisations XPS et autres en utilisant le rayonnement synchrotron. Dag Noréus de l'Université de Stockholm a partagé son expertise avec les réacteurs à hydrogène à haute température.
