Une matrice de covariance produite avec une nouvelle technique à l'Université Rice cartographie les signaux de fluorescence de diverses espèces de nanotubes de carbone à paroi unique qui commencent à s'agréger dans un échantillon. La matrice permet aux chercheurs de savoir quels types de nanotubes (identifiés par leurs spectres de fluorescence) se sont agrégés et en quelles quantités, dans ce cas après quatre heures en solution. Crédit : Weisman Lab/Université du riz
Dans un excellent exemple de "moins c'est plus, " Les scientifiques de l'Université Rice ont développé une méthode puissante pour analyser les nanotubes de carbone en solution.
La technique de spectroscopie de variance des chercheurs zoome sur de petites régions dans des solutions de nanotubes diluées pour prendre des instantanés spectraux rapides. En analysant la composition des nanotubes dans chaque cliché et en comparant les similitudes et les différences sur quelques milliers de clichés, les chercheurs obtiennent de nouvelles informations sur les types, nombres et propriétés des nanoparticules dans la solution.
Le processus est détaillé dans un article en libre accès publié par l'American Chemical Society's Journal des lettres de chimie physique ce mois-ci.
Le chimiste du riz Bruce Weisman, un pionnier dans le domaine de la spectroscopie qui a dirigé la découverte et l'interprétation de la fluorescence proche infrarouge à partir de nanotubes de carbone semi-conducteurs, s'attend à ce que la spectroscopie de variance devienne un outil précieux pour les chercheurs qui étudient les matériaux à l'échelle nanométrique.
Les nanotubes de carbone sont des cylindres creux de carbone pur qui sont généralement cultivés dans un four. Il existe des dizaines de types différents de nanotubes et les propriétés physiques et les utilisations potentielles varient pour chaque type. Il n'y a pas encore de moyen pratique de cultiver un seul type, ils doivent donc souvent être triés par des moyens physiques ou chimiques. Weisman a déclaré que la spectroscopie de variance pourrait aider à caractériser les échantillons de nanotubes dans le cadre de la campagne en cours pour trier et séparer des types spécifiques pour les applications électroniques et optiques.
Le laboratoire Weisman a testé sa plate-forme personnalisée sur des échantillons dispersés de nanotubes de carbone à paroi unique cultivés à Rice. Les chercheurs ont capturé des spectres de fluorescence de quelques milliers de petites régions distinctes. Les variations statistiques entre ces spectres ont révélé le nombre de nanotubes de différents types et la force avec laquelle chaque type émet de la lumière. Une analyse plus poussée des données a donné des spectres "disséqués" de chaque type, sans interférence des autres dans l'échantillon mélangé.
« Alors que nous concentrons notre attention sur des volumes de plus en plus petits de l'échantillon, la moyenne, le comportement uniforme que vous voyez à l'échelle macroscopique commence à se dégrader, et nous voyons des effets de la nature particulaire de la matière, " il a dit.
"À ce moment, il y a des fluctuations aléatoires du nombre de particules dans le volume observé. Ce que nous faisons, c'est analyser les fluctuations aléatoires résultantes dans les spectres pour savoir combien de particules de chaque type sont présentes et si elles sont agrégées les unes avec les autres.
"Une analogie pourrait être de regarder des supporters dans un stade de football portant les couleurs de leurs équipes, " Weisman a dit. " Si vous vous tenez loin et regardez toute la foule, tout ce que vous pouvez comprendre, c'est le ratio global de fans de Rice par rapport aux fans du Texas. Mais si vous zoomez et analysez ligne par ligne, vous allez voir des groupes de fans de Rice et des groupes de fans du Texas et apprendre comment chaque groupe se regroupe. Cela vous donne des informations supplémentaires sur la foule que vous ne pourriez jamais obtenir avec une vue d'ensemble.
"C'est pareil avec les nanotubes, " a-t-il dit. " Nous examinons un échantillon qui a une variété de structures et en apprenons plus sur les propriétés des composants individuels. C'est une dissection spectroscopique d'un mélange complexe pour obtenir des informations qui seraient beaucoup plus difficiles à obtenir avec toute autre méthode."
Weisman a déclaré que la technique aide également à lutter contre la tendance gênante des nanotubes à s'agglutiner. "Lorsque vous essayez d'utiliser une méthode de séparation pour les trier, vous ne pouvez pas le faire efficacement s'ils sont collés ensemble, " Weisman a dit. " Si vous voulez le type A et qu'ils sont collés au type B, alors vous gaspillez votre effort de séparation. Mais la spectroscopie de variance fournit un moyen très sensible de dire si des particules de différents types voyagent réellement ensemble. »
Weisman s'attend à ce que la spectroscopie de variance puisse être étendue pour analyser de nombreux matériaux à l'échelle nanométrique, comme les nanoparticules d'or et les points quantiques, utilisant différentes sondes spectroscopiques. "Quand vous fabriquez des nanomatériaux, il y a généralement une certaine variation dans la taille des particules qui donne une variation correspondante dans les propriétés spectrales, ", a-t-il déclaré. "Notre méthode de variance peut être utilisée avec de tels systèmes pour jeter un coup d'œil à l'intérieur."
