Un moyen simple de transformer des nanotubes de carbone en nanorubans de graphène précieux peut être de les broyer, selon les recherches menées par l'Université Rice.

L'astuce, a déclaré Pulickel Ajayan, scientifique en matériaux de riz, consiste à mélanger deux types de nanotubes chimiquement modifiés. Lorsqu'ils entrent en contact lors du broyage, ils réagissent et se décompressent, un processus qui, jusqu'à présent, dépendait en grande partie de réactions dans des solutions chimiques dures.

Les recherches d'Ajayan et de ses collaborateurs internationaux apparaissent dans Communication Nature .

Pour être clair, Ajayan a dit, le nouveau procédé est toujours une réaction chimique qui dépend de molécules volontairement attachées aux nanotubes, un processus appelé fonctionnalisation. La partie la plus intéressante pour les chercheurs est qu'un processus aussi simple que le broyage pourrait fournir un couplage chimique fort entre les nanostructures solides et produire de nouvelles formes de produits nanostructurés avec des propriétés spécifiques.

"Les réactions chimiques peuvent facilement être réalisées dans des solutions, mais cet ouvrage est entièrement à l'état solide, " dit-il. " Notre question est la suivante :si nous pouvons utiliser des nanotubes comme modèles, les fonctionnaliser et obtenir des réactions dans les bonnes conditions, quel genre de choses pouvons-nous faire avec un grand nombre de nanostructures et de groupes fonctionnels chimiques possibles ? »

Le processus devrait permettre de nombreuses réactions et produits chimiques nouveaux, dit Mohamad Kabbani, un étudiant diplômé à Rice et auteur principal de l'article. "L'utilisation de différentes fonctionnalités dans différents systèmes à l'échelle nanométrique pourrait révolutionner le développement des nanomatériaux, " il a dit.

Nanorubons de graphène hautement conducteurs, des milliers de fois plus petit qu'un cheveu humain, trouvent leur place sur le marché des matériaux composites. Les nanorubans augmentent les propriétés électroniques et/ou la résistance des matériaux.

"La maîtrise de telles structures par transformation mécano-chimique sera la clé pour trouver de nouvelles applications, " a déclaré le co-auteur Thalappil Pradeep, professeur de chimie à l'Institut indien de technologie de Chennai. "La chimie douce de ce genre peut se produire dans de nombreuses conditions, contribuer à une meilleure compréhension du traitement des matériaux.

Dans leurs tests, les chercheurs ont préparé deux lots de nanotubes de carbone multi-parois, l'un avec des groupes carboxyle et l'autre avec des groupes hydroxyle attachés. Lorsqu'ils sont broyés ensemble jusqu'à 20 minutes avec un mortier et un pilon, les additifs chimiques ont réagi les uns avec les autres, déclencher la décompression des nanotubes en nanorubans, avec de l'eau comme sous-produit.

"Cette observation fortuite conduira à d'autres études systématiques des réactions des nanotubes à l'état solide, incluant des modèles théoriques ab-initio et des simulations, " Ajayan a déclaré. "C'est excitant."

Les expériences ont été dupliquées par les laboratoires participants de Rice, à l'Institut indien de technologie et à l'Université libanaise américaine de Beyrouth. Ils ont été réalisés dans des conditions de laboratoire standard ainsi que sous vide, à l'extérieur à l'air libre et à hygrométrie variable, températures, temps et saisons.

Les chercheurs qui ont mené la collaboration sur trois continents ne savent toujours pas exactement ce qui se passe à l'échelle nanométrique. "C'est une réaction exothermique, donc l'énergie est suffisante pour briser les nanotubes en rubans, mais les détails de la dynamique sont difficiles à contrôler, " a déclaré Kabbani. "Il n'y a aucun moyen de broyer deux nanotubes dans un microscope et de le regarder se produire. Pas encore, De toute façon."

Mais les résultats parlent d'eux-mêmes.

"Je ne sais pas pourquoi les gens n'ont pas exploré cette idée, que vous pouvez contrôler les réactions en soutenant les réactifs sur des nanostructures, " Ajayan a dit. " Ce que nous avons fait est très grossier, mais c'est un début et beaucoup de travail peut suivre dans ce sens."