Les nanotubes de carbone offrent un nouveau moyen puissant de détecter les gaz nocifs dans l'environnement. Cependant, les méthodes généralement utilisées pour construire des capteurs à nanotubes de carbone sont dangereuses et ne conviennent pas à une production à grande échelle.

Une nouvelle méthode de fabrication créée par des chimistes du MIT, aussi simple que de tracer une ligne sur une feuille de papier, pourrait surmonter cet obstacle. La postdoctorante du MIT Katherine Mirica a conçu un nouveau type de mine de crayon dans laquelle le graphite est remplacé par une poudre comprimée de nanotubes de carbone. La tête, qui peut être utilisé avec un porte-mine ordinaire, peut inscrire des capteurs sur n'importe quelle surface de papier.

Le capteur, décrit dans le journal Angewandte Chemie , détecte des quantités infimes de gaz ammoniac, un risque industriel. Timothée Swager, le professeur de chimie John D. MacArthur et chef de l'équipe de recherche, dit que les capteurs pourraient être adaptés pour détecter presque n'importe quel type de gaz.

"La beauté de ceci est que nous pouvons commencer à faire toutes sortes de matériaux fonctionnalisés chimiquement spécifiques, " dit Swager. " Nous pensons que nous pouvons fabriquer des capteurs pour presque tout ce qui est volatile. "

Les autres auteurs de l'article sont l'étudiant diplômé Jonathan Weis et les post-doctorants Jan Schnorr et Birgit Esser.

Crayonnez-le

Les nanotubes de carbone sont des feuilles d'atomes de carbone enroulées dans des cylindres qui permettent aux électrons de circuler sans entrave. De tels matériaux se sont avérés être des capteurs efficaces pour de nombreux gaz, qui se lient aux nanotubes et entravent le flux d'électrons. Cependant, la création de ces capteurs nécessite de dissoudre des nanotubes dans un solvant tel que le dichlorobenzène, en utilisant un procédé qui peut être dangereux et peu fiable.

Swager et Mirica ont entrepris de créer une méthode de fabrication sans solvant à base de papier. Inspirée des crayons sur son bureau, Mirica a eu l'idée de compresser des nanotubes de carbone en un matériau semblable au graphite qui pourrait remplacer la mine de crayon.

Pour créer des capteurs à l'aide de leur crayon, les chercheurs dessinent une ligne de nanotubes de carbone sur une feuille de papier imprimée de petites électrodes en or. Ils appliquent ensuite un courant électrique et mesurent le courant qui traverse la bande de nanotubes de carbone, qui agit comme une résistance. Si le courant est modifié, cela signifie que le gaz s'est lié aux nanotubes de carbone.

Les chercheurs ont testé leur appareil sur plusieurs types de papier différents, et a constaté que la meilleure réponse est venue avec des capteurs dessinés sur des papiers plus lisses. Ils ont également constaté que les capteurs donnent des résultats cohérents même lorsque les marques ne sont pas uniformes.

Deux avantages majeurs de la technique sont qu'elle est peu coûteuse et que la "mine crayon" est extrêmement stable, dit Swager. "Vous ne pouvez pas imaginer une formulation plus stable. Les molécules sont immobilisées, " il dit.

Le nouveau capteur pourrait s'avérer utile pour une variété d'applications, dit Zhenan Bao, professeur agrégé de génie chimique à l'Université de Stanford. "Je peux déjà penser à de nombreuses façons dont cette technique peut être étendue pour construire des dispositifs à nanotubes de carbone, " dit Bao, qui ne faisait pas partie de l'équipe de recherche. "Par rapport à d'autres techniques typiques, comme le revêtement par centrifugation, revêtement par immersion ou impression jet d'encre, Je suis impressionné par la bonne reproductibilité de la réponse de détection qu'ils ont pu obtenir."

Capteurs pour tout gaz

Dans cette étude, les chercheurs se sont concentrés sur les nanotubes de carbone purs, mais ils travaillent maintenant sur l'adaptation des capteurs pour détecter une large gamme de gaz. La sélectivité peut être modifiée en ajoutant des atomes métalliques aux parois des nanotubes, ou en enroulant des polymères ou d'autres matériaux autour des tubes.

Un gaz qui intéresse particulièrement les chercheurs est l'éthylène, ce qui serait utile pour surveiller la maturité des fruits lors de leur expédition et de leur stockage. L'équipe recherche également des capteurs pour les composés soufrés, ce qui pourrait s'avérer utile pour détecter les fuites de gaz naturel.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.