Fauteuil nanotubes de carbone, ainsi nommé pour l'arrangement des atomes qui font ressembler leurs extrémités à des fauteuils, sont les plus recherchés parmi les chercheurs en nanotubes pour leurs propriétés électriques supérieures. Crédit :Erik Hároz
(Phys.org) - Les premiers fruits d'une entreprise coopérative entre des scientifiques de l'Université Rice et du National Institute of Standards and Technology (NIST) sont apparus dans un article qui rassemble une mine d'informations pour ceux qui souhaitent utiliser les propriétés uniques de nanotubes de carbone métalliques.
L'article de fond publié récemment dans le journal de la Royal Society of Chemistry Nanoéchelle rassemble des recherches sur la séparation et les caractéristiques fondamentales des nanotubes de carbone fauteuil, qui ont été d'un intérêt particulier pour les chercheurs essayant d'ajuster leurs propriétés électroniques et optiques.
Ce papier, a déclaré le physicien de Rice Junichiro Kono, fournit aux scientifiques une ressource précieuse pour des informations détaillées sur les nanotubes de carbone métalliques, en particulier les nanotubes de fauteuil. "Essentiellement, nous avons résumé toutes nos découvertes récentes ainsi que toutes les informations que nous avons pu trouver dans la littérature sur les nanotubes métalliques, ainsi que des comptes rendus détaillés des méthodes de préparation des échantillons de nanotubes enrichis en métal, pour montrer à la communauté à quel point nous comprenons maintenant ces métaux unidimensionnels, " il a dit.
Dans le cadre du long travail, l'équipe a compilé et publié des tableaux de statistiques essentielles, y compris les propriétés optiques, pour une variété de nanotubes métalliques. "Nous fournissons des bases théoriques fondamentales et montrons ensuite des résultats expérimentaux très détaillés sur les propriétés uniques des nanotubes métalliques, " a déclaré Kono. "Ce document résume le type d'aspects compris, et ce qui ne l'est pas, sur les processus optiques fondamentaux dans les nanotubes et permettra aux chercheurs d'identifier plus facilement leurs caractéristiques spectroscopiques et leurs énergies de transition."
Des couches de nanotubes prennent des couleurs différentes après séparation par ultracentrifugation en gradient de densité à l'Université Rice. Crédit :Erik Hároz
Les nanotubes existent en plusieurs saveurs, en fonction de leur chiralité. La chiralité est une caractéristique apparentée aux angles auxquels une feuille de papier plate peut s'aligner lorsqu'elle est enroulée dans un tube. Coupez le tube en deux et les atomes au bord ouvert s'aligneraient en forme de fauteuil, un zigzag ou une variante. Même si leur matière première est identique – des hexagones de carbone en forme de fil de fer – la chiralité fait toute la différence dans la façon dont les nanotubes transmettent l'électricité.
Les fauteuils sont les plus convoités car ils n'ont pas de bande interdite; les électrons circulent sans résistance. Les câbles fabriqués avec des nanotubes de fauteuil ont le potentiel de déplacer l'électricité sur de grandes distances sans pratiquement aucune perte. Cela en fait l'étalon-or en tant qu'élément de base du fil quantique de fauteuil. Le développement continu de cette très forte, poids léger, Un câble haute capacité pourrait encore améliorer les propriétés record des fibres de nanotubes de carbone multifonctionnelles développées par le groupe du professeur Rice Matteo Pasquali.
Un modèle moléculaire montre un simple brin d'ADN (le ruban jaune) enroulé autour d'un nanotube de carbone "fauteuil". L'image illustre un processus créé par le scientifique de l'Institut national des normes et de la technologie Ming Zheng pour fabriquer des échantillons hautement purifiés de nanotubes de fauteuil, l'un des nombreux processus décrits dans un nouvel article à l'échelle nanométrique par des chercheurs du NIST, Université Rice et Laboratoire national de Los Alamos. Crédit :Roxbury, Jagota/NIST
Le nouveau travail dirigé par Kono et Robert Hauge, membre distingué du corps professoral en chimie de Rice, avec des scientifiques du NIST et du Laboratoire national de Los Alamos, regarde au-delà des propriétés électriques établies du fauteuil pour détailler davantage leur potentiel électronique, sentir, dispositifs optiques et photoniques.
"Bien sûr, pour y arriver, nous avons besoin de très bons échantillons, " a déclaré Kono. " De nombreuses applications reposeront sur notre capacité à séparer les nanotubes de carbone, puis à assembler des structures macroscopiquement ordonnées constituées de nanotubes à chiralité unique. Personne ne peut faire ça pour le moment."
Lorsqu'un lot de nanotubes sort d'un four, c'est un fouillis de types. Cela rend l'analyse détaillée de leurs caractéristiques, sans parler de leur utilisation pratique, un défi.
Mais les techniques développées ces dernières années chez Rice et par le scientifique du NIST Ming Zheng pour purifier les nanotubes métalliques commencent à changer cela. L'étudiant diplômé de Rice, Erik Hároz, a déclaré que des expériences récentes ont établi des "preuves sans ambiguïté" qu'un processus que lui et Kono utilisent, appelé ultracentrifugation à gradient de densité, peut enrichir des échantillons d'ensemble de fauteuils. Aller plus loin, La méthode de chromatographie d'échange d'ions basée sur l'ADN de Zheng fournit de très petits échantillons de nanotubes ultrapurs de fauteuil d'une seule chiralité.
Rice et le NIST cherchent maintenant des moyens de combiner les méthodes pour obtenir des lots plus importants d'une chiralité de fauteuil spécifique, dit Kono.
Si quelqu'un peut accomplir une telle percée, ces laboratoires peuvent, il a dit. "Notre équipe dispose des meilleurs échantillons de fauteuils possibles grâce à ces deux méthodes, et nous avons récemment fait des progrès significatifs dans l'amélioration de notre compréhension des propriétés des nanotubes de fauteuil, comme décrit dans ce Nanoéchelle article."
