Les capuchons de nanotubes de carbone sont mis en forme par six pentagones parmi le réseau d'hexagones du tube à un seul atome d'épaisseur. Les chercheurs de l'Université Rice ont recensé des milliers de bouchons possibles et ont découvert que les énergies consacrées à leur formation n'avaient aucune incidence sur la chiralité ultime du tube. Crédit :Evgeni Penev
(Phys.org) —Un nanotube de carbone à paroi unique se développe à partir du capuchon rond vers le bas, il est donc logique de penser que la formation de la casquette détermine ce qui suit. Mais selon des chercheurs de l'Université Rice, ce n'est pas tout à fait le cas.
Le physicien théoricien Boris Yakobson et ses collègues de Rice ont découvert, grâce à une analyse exhaustive, que ceux qui souhaitent contrôler la chiralité des nanotubes – la caractéristique qui détermine leurs propriétés électriques – seraient sages d'examiner d'autres aspects de leur croissance.
Dans l'étude de Yakobson, chercheur scientifique Evgeni Penev et chercheur postdoctoral Vasilli Artyukhov qui a été publié récemment par la revue American Chemical Society ACS Nano , les chercheurs de Rice ont découvert que les paysages énergétiques élastiques impliqués dans la formation de capuchons ne sont pas assez forts pour dicter la chiralité du nanotube.
Pour obtenir une image claire de la façon dont les capuchons sont liés à la chiralité des nanotubes, le groupe Rice s'est lancé dans une étude détaillée, recensement biennal du 4, 500 formations de bouchons possibles pour des nanotubes de seulement deux diamètres, 0,8 et 1 nanomètre, à travers 21 chiralités.
Le capuchon de chaque nanotube a six pentagones - dont aucun ne peut se toucher - parmi un réseau d'hexagones, dit Penev. Ils tirent le capuchon et le forcent à se courber, mais leurs positions ne sont pas toujours les mêmes d'un chapeau à l'autre.
Mais parce qu'une chiralité donnée peut avoir des centaines de plafonds possibles, le facteur déterminant de la chiralité doit être ailleurs, les chercheurs ont trouvé. "La contribution de la calotte est l'énergie de courbure élastique, et puis tu l'oublies, ", a déclaré Penev.
Le capuchon apparaît en premier lorsqu'un nanotube est cultivé, mais une étude menée par des chercheurs de Rice indique que l'énergie de formation du capuchon n'est pas assez forte pour dicter la chiralité du nanotube. Crédit :Le Groupe Yakobson
« Il y a différents facteurs qui peuvent être en jeu, " Yakobson a dit. " L'un est la portion d'énergie dictée par le catalyseur; un autre peut être l'énergie des bouchons en soi. Alors pour avoir une vue d'ensemble, nous abordons l'énergie des bouchons et l'excluons fondamentalement comme un facteur déterminant la chiralité."
Un nanotube est une feuille d'atomes de carbone d'épaisseur atomique disposée en hexagones et enroulée dans un tube. La chiralité fait référence à l'orientation des hexagones, et cet angle contrôle la façon dont le nanotube conduira l'électricité.
Un nanotube métallique parfaitement conducteur aurait les atomes disposés dans des "fauteuils, " soi-disant parce que couper le nanotube en deux ferait ressembler le dessus à une série de puits avec des atomes pour les accoudoirs. Tournez les hexagones de 30 degrés, bien que, fabriquera un nanotube semi-conducteur en "zigzag". Les nanotubes peuvent être l'un ou l'autre, ou l'angle chiral peut être n'importe quoi entre les deux, avec une gamme changeante de propriétés électriques.
Plus d'un millier de capuchons d'extrémité qui composent ce logo de l'Université Rice représentent une fraction de ceux interrogés par les chercheurs de Rice qui ont déterminé que les énergies utilisées dans la formation des capuchons ne contribuent pas à la chiralité des nanotubes de carbone. La chiralité fait référence à l'angle des hexagones dans les nanotubes et dicte leurs propriétés électroniques et autres propriétés souhaitables. Cliquez sur l'image pour une version plus grande. Crédit :Evgeni Penev
Obtenir le contrôle de ces propriétés a été une lutte. Idéalement, les scientifiques pourraient cultiver les types spécifiques de nanotubes dont ils ont besoin pour une application, mais en réalité, ils poussent comme un assortiment aléatoire qui doit ensuite être séparé avec une centrifugeuse ou par d'autres moyens.
Yakobson soupçonne que la réponse réside dans le réglage de l'interaction entre le catalyseur et le bord du nanotube. "Cette étude a montré que l'énergie impliquée dans la configuration du capuchon est raisonnablement plate, " Il a dit. " C'est important à savoir car cela nous permet de continuer à travailler sur d'autres facteurs. "
