Rendu de nanofils de carbone suggéré par les techniques de caractérisation. Sphères brunes, carbone; sphères bleues, hydrogène. Le rendu est superposé à une image en microscopie électronique à transmission des nanofils de carbone. L'image montre des stries à une séparation de 6,4 , s'étendant sur des dizaines de nanomètres. Ce modèle est cohérent avec les données de diffusion des rayons X et des neutrons ainsi qu'avec les simulations informatiques. Crédit :Professeur J.V. Badding
Un nouveau nanomatériau de carbone - le fil unidimensionnel le plus fin possible qui conserve toujours une structure semblable à un diamant - a été créé par le contrôle, compression et décompression lentes du benzène. L'unité structurelle semblable au diamant se compose d'anneaux à six côtés d'atomes de carbone liés ensemble en chaînes entourées d'un halo d'atomes d'hydrogène.
Sur la base d'études informatiques, par rapport aux nanotubes de carbone conventionnels, les nanofils produits par cette méthode peuvent avoir des propriétés mécaniques et électroniques exceptionnelles. La méthode de synthèse développée dans ce travail ouvre des variantes possibles, comme la réticulation ou la fonctionnalisation chimique (ajout d'atomes ou de petites molécules au nanofil de carbone qui altèrent sa fonction). Ces variations peuvent conduire à la conception et à la préparation de matériaux actuellement inconnus ou impossibles à réaliser avec les techniques existantes.
Les nanomatériaux de carbone tels que les fullerènes, nanotubes, et le graphène ont des propriétés physiques exceptionnelles associées à leur faible dimensionnalité et à leur liaison chimique semblable au graphite. La découverte révolutionnaire est la synthèse d'une dimension, nanofils de carbone avec une liaison de type diamant de seulement 0,6 nanomètre de diamètre. La modélisation informatique suggère que ces nanofils pourraient être plus résistants que les nanotubes de carbone ou les polymères conventionnels à haute résistance et également extrêmement rigides.
Ils sont synthétisés en quantités macroscopiques par décompression lente de benzène congelé à haute pression et ramené aux conditions ambiantes. Contrairement à la haute température, synthèse en phase gazeuse utilisée pour les nanotubes classiques, un contrôle chimique cinétique tel qu'il est employé en chimie organique est utilisé pour la synthèse des nanofils. Il peut être possible de synthétiser toute une famille de matériaux nanofils diamantoïdes, même avec la réticulation entre les fils, ou avec une fonctionnalité chimique ajoutée, par cette approche chimique, ce qui est potentiellement plus polyvalent que les approches en phase gazeuse difficiles à contrôler.
En utilisant des techniques de fabrication développées sur la base de cette percée, il pourrait être possible de produire du poids léger, fibres ultra-résistantes destinées à être utilisées dans divers matériaux de structure dans les systèmes de transport et ailleurs. La synthèse chimique cinétique peut également permettre la création de nanofils avec une liaison mixte de type diamant et graphite qui pourraient avoir des propriétés semi-conductrices utiles.
