(Phys.org) -- Une éponge de nanotubes de carbone qui peut absorber l'huile dans l'eau avec une efficacité inégalée a été développée à l'aide de simulations informatiques effectuées au laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie (DOE).

nanotubes de carbone, qui se composent de feuilles de carbone d'épaisseur atomique enroulées en cylindres, ont attiré l'attention des scientifiques au cours des dernières décennies en raison de leur haute résistance, potentiel de conductivité élevée et de poids léger. Mais la production de nanotubes en vrac pour des applications spécialisées était souvent limitée par des difficultés de contrôle du processus de croissance ainsi que de dispersion et de tri des nanotubes produits.

Bobby Sumpter de l'ORNL faisait partie d'une équipe de recherche multi-institutionnelle qui a entrepris de faire croître de gros amas de nanotubes en substituant sélectivement des atomes de bore dans le réseau de carbone par ailleurs pur. Sumpter et Vincent Meunier, maintenant de l'Institut polytechnique Rensselaer, réalisé des simulations sur des supercalculateurs, dont Jaguar au Leadership Computing Facility de l'ORNL, comprendre comment l'ajout de bore affecterait la structure des nanotubes de carbone.

"Chaque fois que vous mettez un atome différent à l'intérieur du réseau de carbone hexagonal, qui est un réseau en fil de fer, vous perturbez ce réseau parce que ces atomes ne veulent pas nécessairement faire partie de la structure en fil de fer, " dit Sumpter. " Le bore a un nombre différent d'électrons de valence, ce qui entraîne des changements de courbure qui déclenchent un type de croissance différent."

Des simulations et des expériences en laboratoire ont montré que l'ajout d'atomes de bore encourageait la formation de jonctions dites « en coude » qui aident les nanotubes à se développer en un réseau 3D. Les résultats de l'équipe sont publiés dans Nature Rapports scientifiques .

"Au lieu d'une forêt de tubes droits, vous créez un interconnecté, matériau spongieux tissé, " Dit Sumpter. " Parce qu'il est interconnecté, il devient tridimensionnel fort, au lieu d'une résistance unidimensionnelle le long de l'axe du tube."

D'autres expériences ont montré que le matériel de l'équipe, qui est visible à l'œil humain, est extrêmement efficace pour absorber le pétrole dans l'eau de mer contaminée car il attire le pétrole et repousse l'eau.

"Il aime le carbone parce que c'est avant tout du carbone, " Dit Sumpter. " En fonction de la densité de l'huile à la teneur en eau et de la densité du réseau d'éponges, il absorbera jusqu'à 100 fois son poids en huile."

La souplesse mécanique du matériau, Propriétés magnétiques, et sa force lui confèrent un attrait supplémentaire en tant que technologie potentielle pour aider au nettoyage des déversements d'hydrocarbures, dit Sumpter.

"Vous pouvez réutiliser le matériau encore et encore parce qu'il est si robuste, " Il a dit. " Le brûler ne diminue pas considérablement sa capacité d'absorber le pétrole, et le presser comme une éponge ne l'abîme pas non plus."

Les propriétés magnétiques du matériau, causé par l'utilisation par l'équipe d'un catalyseur de fer pendant le processus de croissance des nanotubes, signifie qu'il peut être facilement contrôlé ou retiré avec un aimant dans un scénario de nettoyage d'huile. Cette capacité est une amélioration par rapport aux substances existantes utilisées dans l'élimination de l'huile, qui sont souvent laissés pour compte après le nettoyage et peuvent dégrader l'environnement.

L'équipe expérimentale a déposé une demande de brevet sur la technologie par l'intermédiaire de l'Université Rice. La recherche est publiée sous le titre "Solides de nanotubes de carbone tridimensionnels liés de manière covalente via des nanojonctions induites par le bore, " et est disponible en ligne.