Parfois, la simplicité est la meilleure. Deux chercheurs de la Northwestern University ont découvert un moyen remarquablement simple de fabriquer des dispositifs nanofluidiques :en utilisant du papier et des ciseaux. Et ils peuvent couper un appareil dans n'importe quelle forme et taille qu'ils veulent, ajoutant à la polyvalence de la méthode.

Les dispositifs nanofluidiques sont attrayants car leurs canaux minces peuvent transporter des ions - et avec eux un courant électrique supérieur à la normale - ce qui rend les dispositifs prometteurs pour une utilisation dans les batteries et les nouveaux systèmes de purification de l'eau, la récolte d'énergie et le tri de l'ADN.

La méthode "papier et ciseaux" pourrait un jour être utilisée pour fabriquer des dispositifs nanofluidiques à grande échelle sans recourir à des techniques de lithographie coûteuses.

Le duo Northwestern a découvert que le simple empilement de feuilles d'oxyde de graphène, un matériau peu coûteux, crée un "papier" flexible avec des dizaines de milliers de canaux très utiles. Un minuscule espace se forme naturellement entre les feuilles voisines, et chaque espace est un canal à travers lequel les ions peuvent s'écouler.

À l'aide d'une paire de ciseaux ordinaires, les chercheurs ont simplement découpé le papier dans la forme souhaitée, lequel, dans le cas de leurs expériences, était un rectangle.

"Dans un sens, nous avons été surpris que ces nanocanaux fonctionnent réellement, parce que créer l'appareil était si facile, " a déclaré Jiaxing Huang, qui a mené la recherche avec le boursier postdoctoral Kalyan Raidongia. "Personne n'avait pensé à l'espace entre les matériaux en forme de feuille auparavant. Utiliser l'espace comme canal d'écoulement était une idée folle. Nous avons effectué notre expérience au moins 10 fois pour être sûrs d'avoir raison."

Huang est professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux et professeur junior Morris E. Fine en matériaux et fabrication à la McCormick School of Engineering and Applied Science.

"Beaucoup de gens ont étudié les papiers d'oxyde de graphène mais principalement pour leurs propriétés mécaniques ou pour fabriquer du graphène, ", a déclaré Huang. "Nous montrons ici que le papier d'oxyde de graphène génère naturellement de nombreux canaux ioniques nanofluidiques lorsqu'il est stratifié."

Les résultats sont publiés dans le Journal de l'American Chemical Society .

Pour créer un appareil fonctionnel, les chercheurs ont pris une paire de ciseaux et ont coupé un morceau de leur papier d'oxyde de graphène en un rectangle d'un centimètre de long. Ils ont ensuite enfermé le papier dans un polymère, percé des trous pour exposer les extrémités de la pièce rectangulaire et rempli les trous avec une solution d'électrolyte (un liquide contenant des ions) pour compléter le dispositif.

Ensuite, ils ont mis des électrodes aux deux extrémités et testé la conductivité électrique de l'appareil. Huang et Raidongia ont observé un courant supérieur à la normale, et l'appareil a fonctionné qu'il soit plat ou courbé.

Les nanocanaux ont des propriétés significativement différentes - et souhaitables - de leurs homologues des canaux en vrac, dit Huang. Les nanocanaux ont un effet de concentration, résultant en un courant électrique beaucoup plus élevé que ceux des solutions en vrac.

L'oxyde de graphène est essentiellement constitué de feuilles de graphène décorées de groupes contenant de l'oxygène. Il est fabriqué à partir de poudres de graphite bon marché par des réactions chimiques connues depuis plus d'un siècle.

Augmenter la taille de l'appareil est simple. Des dizaines de milliers de feuilles ou de couches créent des dizaines de milliers de nanocanaux, chaque canal a une hauteur d'environ un nanomètre. Il n'y a pas de limite au nombre de couches - et donc de canaux - que l'on peut avoir dans un morceau de papier.

Pour fabriquer des réseaux de canaux très massifs, il suffit de mettre plus de feuilles d'oxyde de graphène dans le papier ou d'empiler de nombreux morceaux de papier. Un appareil plus grand, bien sûr, peut traiter de plus grandes quantités d'électrolyte.