(Phys.org) -- Des chercheurs de la Rice University et de la Penn State University ont découvert que l'ajout d'une pincée de bore au carbone tout en créant des nanotubes les transforme en solides, spongieux, blocs réutilisables qui ont une capacité étonnante à absorber l'huile renversée dans l'eau.

Cela fait partie d'une gamme d'innovations potentielles pour le matériau créé en une seule étape. L'équipe a découvert pour la première fois que le bore crée des plis et des coudes dans les nanotubes à mesure qu'ils grandissent et favorise la formation de liaisons covalentes, qui confèrent aux éponges leurs qualités robustes.

Les chercheurs, qui ont collaboré avec des pairs dans des laboratoires à travers le pays et en Espagne, Belgique et Japon, ont révélé leur découverte dans la revue en ligne en libre accès de Nature Rapports scientifiques .

Auteur principal Daniel Hashim, un étudiant diplômé du laboratoire Rice du scientifique des matériaux Pulickel Ajayan, dit que les blocs sont tous les deux superhydrophobes (ils détestent l'eau, donc ils flottent vraiment bien) et oléophile (ils adorent l'huile). Les nanoéponges, qui sont plus de 99 pour cent d'air, également conduire l'électricité et peut facilement être manipulé avec des aimants.

Démontrer, Hashim a laissé tomber l'éponge dans un plat d'eau avec de l'huile de moteur usagée flottant sur le dessus. L'éponge l'a imbibé. Il a ensuite mis une allumette à la matière, a brûlé l'huile et a remis l'éponge dans l'eau pour en absorber davantage. L'éponge robuste peut être utilisée à plusieurs reprises et résiste aux abus; il a dit qu'un échantillon est resté élastique après environ 10, 000 compressions en laboratoire. L'éponge peut également stocker l'huile pour une récupération ultérieure, il a dit.

« Ces échantillons peuvent être assez volumineux et peuvent être facilement agrandis, " dit Hachim, contenant un bloc carré d'un demi-pouce de milliards de nanotubes. "Ils sont de très faible densité, le volume disponible est donc important. C'est pourquoi l'absorption de pétrole peut être si élevée. » Il a déclaré que les éponges décrites dans le document peuvent absorber plus de cent fois leur poids en pétrole.

Ajayan, Benjamin M. et Mary Greenwood Anderson de Rice, professeur en génie mécanique et science des matériaux et en chimie, lesdits nanotubes de carbone multiparois cultivés sur un substrat par dépôt chimique en phase vapeur se tiennent généralement droit sans aucune connexion réelle avec leurs voisins. Mais les défauts introduits par le bore ont induit la liaison des nanotubes au niveau atomique, qui les a enchevêtrés dans un réseau complexe. Des éponges à nanotubes avec un potentiel d'absorption d'huile ont été fabriquées auparavant, mais c'est la première fois que les jonctions covalentes entre nanotubes dans de tels solides sont démontrées de manière convaincante, il a dit.

« Les interactions se produisent au fur et à mesure qu'elles grandissent, et la matière sort du four sous forme solide, », a déclaré Ajayan. «Les gens ont fabriqué des nanotubes solides via un traitement post-croissance, mais sans connexions covalentes appropriées. L'avantage ici est que le matériau est directement créé lors de la croissance et se présente sous la forme d'un réseau poreux réticulé.

« Il est facile pour nous de fabriquer des nano blocs de construction, mais arriver à l'échelle macro a été difficile, " a-t-il dit. « Les nanotubes doivent se connecter soit par un moyen intelligent de créer des défauts topologiques, ou ils doivent être soudés ensemble.

Quand il était étudiant de premier cycle à Ajayan au Rensselaer Polytechnic Institute, Hashim et ses camarades de classe ont découvert des indices d'une solution topologique au problème en participant à un programme d'échange de la National Science Foundation à l'Institut de recherche scientifique et technologique (IPICYT) de San Luis Potosí, Mexique. Co-auteur de l'article, Mauricio Terrones, professeur de physique, science et ingénierie des matériaux à la Penn State University avec une nomination à l'Université de Shinshu, Japon, y a dirigé un laboratoire de nanotechnologie.

« Notre objectif était de trouver un moyen de créer des réseaux tridimensionnels de ces nanotubes de carbone qui formeraient un tissu à grande échelle – un bloc spongieux de nanotubes qui serait suffisamment gros et épais pour être utilisé pour nettoyer les déversements de pétrole et pour effectuer d'autres tâches. , », a déclaré Terrones. « Nous avons réalisé que l'astuce consistait à ajouter du bore – un élément chimique à côté du carbone dans le tableau périodique – car le bore aide à déclencher les interconnexions du matériau. Pour ajouter le bore, nous avons utilisé des températures très élevées et nous avons ensuite « tricoté » la substance dans le tissu de nanotubes. »

Les chercheurs fondent de grands espoirs sur les applications environnementales du matériau. « Pour les marées noires, il faudrait en faire de grandes feuilles ou trouver un moyen de souder des feuilles ensemble (un processus sur lequel Hashim continue de travailler), », a déclaré Ajayan.

« L'assainissement des déversements d'hydrocarbures et le nettoyage de l'environnement ne sont que le début de l'utilité de ces nouveaux matériaux nanotubes, », a ajouté Terrones. « Par exemple, nous pourrions utiliser ces matériaux pour fabriquer des batteries plus efficaces et plus légères. Nous pourrions les utiliser comme échafaudages pour la régénération du tissu osseux. Nous pourrions même imprégner l'éponge de nanotubes de polymères pour fabriquer des composites robustes et légers pour les industries automobile et aéronautique.

Hashim suggested his nanosponges may also work as membranes for filtration.

“I don’t think anybody has created anything like this before, ” Ajayan said. “It’s a spectacular nanostructured sponge.”