Une jungle de nanotubes enrobés.
(Phys.org) — Des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et de l'Institut fédéral suisse de technologie (ETH) à Zurich ont développé une nouvelle méthode d'utilisation de nanotubes pour détecter des molécules à des concentrations extrêmement faibles permettant la détection de traces de menaces biologiques, explosifs et drogues.
L'équipe commune de recherche, dirigé par l'ingénieur LLNL Tiziana Bond et le scientifique de l'ETH Hyung Gyu Park, utilisent des spaghettis, nanotubes de carbone recouverts d'or-hafnium (CNT) pour amplifier les capacités de détection en spectroscopie Raman à surface améliorée (SERS).
SERS est une technique sensible à la surface qui améliore la diffusion inélastique des photons par des molécules adsorbées sur des surfaces métalliques rugueuses ou par des nanostructures.
Bond et ses collaborateurs utilisent des nanotubes recouverts de métal regroupés comme une canopée de jungle pour amplifier les signaux de la lumière incidente et diffusée par Raman en excitant les plasmons électroniques locaux.
Leur véritable percée, cependant, découvre l'utilisation d'un revêtement diélectrique intermédiaire (hafnium) pour bloquer la trempe des électrons libres dans le métal par les NTC, permettant aux nanotubes de fonctionner sans entrave.
En préservant les électrons et en améliorant la lumière grâce à l'utilisation de jungles de nanotubes, l'équipe est en mesure d'augmenter considérablement les sensibilités de détection du SERS dans les structures de NTC.
La vue de dessus de la canopée de la jungle (zoom avant dans le meilleur des cas :épaisseur de hafnium de 2,5 nanomètres et épaisseur d'or de 20 nanomètres).
Le revêtement en hafnium permet le regroupement de nanotubes d'or qui crée une canopée épaisse pleine de points sensibles pour la détection. Les nanotubes permettent de piéger et de focaliser la lumière incidente au niveau des nombreux points de contact et crevasses, laissant passer la lumière diffusée par Raman. Cela permet aux appareils Raman portables de détecter et d'identifier de manière aléatoire des substances spécifiques en suspension dans l'air.
"C'est une découverte très importante dans nos efforts pour améliorer l'utilisation des appareils SERS, " Bond a déclaré. "Nous avons acquis ces précieuses connaissances grâce à la recherche fondamentale multidisciplinaire et en abordant le problème avec une conception rationnelle."
Image de la microscopie à force atomique (AFM) du catalyseur pour la croissance des nanotubes.
Bond et Park espèrent que leur matériau technique sera éventuellement utilisé dans des appareils portables pour effectuer une analyse sur site des impuretés chimiques telles que les polluants environnementaux ou les résidus pharmaceutiques dans l'eau. D'autres applications incluent la surveillance en temps réel des niveaux physiologiques au point de service pour l'industrie biomédicale et le dépistage rapide des médicaments et des toxines pour les forces de l'ordre.
"Nous sommes en train de déposer un brevet pour notre nouvelle découverte, " dit Bond.
