(Haut) Vue avant et latérale du nouveau nanotube CNT10R de 3,2 Å d'épaisseur. Les lignes verticales indiquent la cellule unitaire. (En bas) Vue en bâton de la structure, avec des liaisons brisées indiquées par des lignes pointillées (distances de liaison en unités Å). Crédit image :Menéndez-Proupin, et al. ©2012 Société américaine de physique
(Phys.org)—Les nanotubes de carbone (CNT) sont réputés pour leur finesse, ayant des diamètres aussi petits que 3 angströms (Å), ou 0,3 nm. On pense généralement que les NTC ultraminces avec des diamètres inférieurs à 3 Å sont instables car, à cette échelle, les liaisons qui maintiennent les atomes ensemble se déforment et conduisent à l'effondrement. Jusque là, les plus minces de ces NTC – ceux plus minces que 4 – n'ont été trouvés que confinés à l'intérieur d'un NTC plus épais. Dans une nouvelle étude, les scientifiques ont présenté des simulations qui montrent qu'un NTC avec un diamètre extérieur de seulement 3,2 Å peut théoriquement exister sans confinement et rester stable à des températures allant jusqu'à 1000 K, ce qui en ferait l'un des CNT les plus minces jamais synthétisés.
Les scientifiques, Eduardo Menéndez-Proupin de l'Université autonome de Madrid et de l'Université du Chili; Ana L. Montero-Alejo de l'Université autonome de Madrid et de l'Université de La Havane; et José M. García de la Vega de l'Université autonome de Madrid, ont publié leur étude dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .
"Il y a des rapports de CNT 3 angströms minces contenus à l'intérieur d'un CNT plus épais, " Menéndez-Proupin a dit Phys.org . "Notre CNT est peut-être le plus mince capable d'exister de manière autonome."
Comme l'expliquent les scientifiques, le NTC ultrafin qu'ils ont examiné résulte de la relaxation - ou rupture de liaison - d'un NTC fabriqué à partir d'une feuille de graphène découpée et enveloppée d'une certaine manière, tel que défini par sa chiralité. Dans ce cas, le CNT original a une chiralité (2, 1), un diamètre de 2 , et est instable.
En brisant certains liens de ce CNT particulier, les chercheurs ont théoriquement montré que la structure résultante devient stable dans le vide, formant une épaisseur de 3,2 Å, CNT non standard. En raison des liens brisés, le nouveau CNT est constitué d'anneaux composés chacun de 8 et 10 atomes. Par conséquent, les chercheurs ont nommé cette structure CNT10R, après les anneaux de 10 atomes.
Les simulations ont révélé que les anneaux à 10 atomes ainsi que les anneaux plus petits forment une double hélice, similaire à la structure de l'ADN, avec alternance simple, double, et triples liaisons. En utilisant le logiciel Quantum ESPRESSO, les scientifiques ont calculé les propriétés optiques et électroniques du nouveau nanotube, qui diffèrent significativement de ceux des NTC standards, nanorubans, et des feuilles de graphène. Au lieu, Les propriétés du CNT10R ressemblent à celles des chaînes carbonées linéaires, suggérant que la structure peut être considérée comme une paire de chaînes jumelées.
"Tous les nanotubes connus ont la forme d'un réseau en nid d'abeille (graphène) roulé, et tous les atomes sont triplement coordonnés, " a déclaré Menéndez-Proupin. " Les plus petits anneaux sont à 6 chaînons. Les structures ont des lacunes et d'autres défauts, mais c'est la minorité d'atomes et représente en général un accroissement d'énergie. Le CNT10R n'a pas de cycles à 6 chaînons, est périodique et stable. Il affiche toutes sortes de liens. Les spectres IR et Raman sont assez différents des CNT standard et du graphène. La triple liaison n'est pas fréquente dans les structures carbonées. La présence de triples liaisons pourrait faciliter des réactions chimiques spécifiques qui ne sont pas possibles dans d'autres NTC."
Connaître ces propriétés pourrait aider les chercheurs à trouver ou synthétiser expérimentalement la nouvelle structure à l'avenir. Une voie possible pour la synthèse peut impliquer la croissance de la structure à l'intérieur d'un plus grand CNT, ce qui peut être techniquement plus faisable que d'en cultiver un autonome, pour l'instant.
"La synthèse peut être possible avec la technologie existante, bien que ce ne soit pas autonome, " a déclaré Menéndez-Proupin. " Il peut avoir été synthétisé par accident, mais il n'a pas été identifié. Il pourrait être identifié dans des échantillons existants si une structure tubulaire est observée par microscopie et que la même structure produit un spectre étrange qui ressemble à nos prédictions. »
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