Vue d'artiste basée sur une image réelle de microscopie à force atomique (AFM) montrant des fibres supramoléculaires conductrices piégées entre deux électrodes en or espacées de 100 nm. Chaque fibre plastique est composée de plusieurs fibres courtes et est capable de transporter des charges électriques avec la même efficacité qu'un métal. Crédit :Graphisme :M. Maaloum, ICS (CNRS)
Chercheurs du CNRS et de l'Université de Strasbourg, dirigé par Nicolas Giuseppone et Bernard Doudin, ont réussi à fabriquer des fibres plastiques hautement conductrices de seulement quelques nanomètres d'épaisseur. Ces nanofils, pour lequel le CNRS a déposé un brevet, « s'auto-assembler » lorsqu'il est déclenché par un éclair de lumière.
Peu coûteux et facile à manipuler, contrairement aux nanotubes de carbone, ils combinent les avantages des deux matériaux actuellement utilisés pour conduire le courant électrique :les métaux et les polymères organiques plastiques. En réalité, leurs propriétés électriques remarquables sont similaires à celles des métaux. En outre, ils sont légers et flexibles comme les plastiques, qui ouvre la possibilité de relever l'un des défis les plus importants de l'électronique du 21e siècle :la miniaturisation des composants jusqu'à l'échelle nanométrique. Ce travail sera publié le 22 avril 2012 sur Chimie de la nature site Internet. La prochaine étape est de démontrer que ces fibres peuvent être intégrées industriellement au sein de dispositifs électroniques tels que des écrans souples, cellules solaires, etc.
Dans des travaux antérieurs publiés en 2010 ( Angew. Chem. Int. Éd. 2010, 49, 6974-78), Giuseppone et ses collègues ont réussi pour la première fois à obtenir des nanofils. Pour réussir cet exploit, ils ont modifié chimiquement les « triarylamines », molécules synthétiques utilisées depuis des décennies par l'industrie dans les procédés de photocopie Xerox. A leur grande surprise, ils ont observé qu'à la lumière et en solution, leurs nouvelles molécules s'empilent spontanément de manière régulière pour former des fibres miniatures. Ces fils, quelques centaines de nanomètres de long, sont constitués de ce que l'on appelle l'assemblage « supramoléculaire » de plusieurs milliers de molécules.
Image de microscopie à force atomique réelle montrant une fibre supramoléculaire conductrice, composé de plusieurs fibres courtes. Chaque grain correspond à une molécule (l'image fait 50 nm de hauteur). Crédit :M. Maaloum, ICS (CNRS)
En collaboration avec l'équipe de Doudin, les chercheurs ont ensuite étudié en détail les propriétés électriques de ces nanofibres. Cette fois, ils ont mis leurs molécules en contact avec un microcircuit électronique comprenant des électrodes en or espacées de 100 nm. Ils ont ensuite appliqué un champ électrique entre ces électrodes.
Leur première conclusion importante était que, lorsqu'il est déclenché par un éclair de lumière, les fibres s'auto-assemblent uniquement entre les électrodes. Le deuxième résultat surprenant est que ces structures, qui sont aussi légers et flexibles que les plastiques, s'avérer capable de transporter des densités de courant extraordinaires, au-dessus de 2*10 6 Ampères par centimètre carré (A.cm -2 ), se rapprochant de celles du fil de cuivre. En outre, ils ont une très faible résistance d'interface avec les métaux :10, 000 fois inférieur à celui des meilleurs polymères organiques.
Les chercheurs espèrent désormais démontrer que leurs fibres peuvent être utilisées industriellement dans des dispositifs électroniques miniaturisés tels que des écrans souples, cellules solaires, transistor, nanocircuits imprimés, etc.
