Le traitement avec un four à micro-ondes et du chlore élimine les résidus de catalyseur de fer tenaces des nanotubes de carbone, selon des chercheurs de l'Université Rice et de l'Université de Swansea. Le processus en deux étapes peut les rendre plus adaptés aux applications sensibles. Crédit :Virginia Goméz Jiménez/Université de Swansea
Au milieu de tous les équipements sophistiqués trouvés dans un laboratoire de nanomatériaux typique, l'un des plus utiles peut s'avérer être l'humble four à micro-ondes.
Un four à micro-ondes de cuisine standard s'est avéré efficace dans le cadre d'un processus en deux étapes inventé dans les universités Rice et Swansea pour nettoyer les nanotubes de carbone.
Les nanotubes basiques sont bons pour beaucoup de choses, comme la mise en forme de composants microélectroniques ou de fibres et composites électriquement conducteurs ; pour des usages plus sensibles comme l'administration de médicaments et les panneaux solaires, ils doivent être aussi vierges que possible.
Les nanotubes se forment à partir de catalyseurs métalliques en présence de gaz chauffé, mais des résidus de ces catalyseurs (généralement du fer) restent parfois collés sur et à l'intérieur des tubes. Les restes de catalyseur peuvent être difficiles à éliminer par des moyens physiques ou chimiques car le même gaz chargé de carbone utilisé pour fabriquer les tubes permet aux atomes de carbone de former des couches d'encapsulation autour du fer restant, réduisant la capacité de l'éliminer pendant la purification.
Dans le nouveau processus, le traitement des tubes à l'air libre dans un micro-onde brûle le carbone amorphe. Les nanotubes peuvent ensuite être traités au chlore à haute température pour éliminer la quasi-totalité des particules étrangères.
Nanotubes multiparois avant traitement avec un procédé Rice University/Swansea University pour éliminer les résidus de catalyseur de leurs surfaces et de l'intérieur. Le processus commence par chauffer les nanotubes dans un four à micro-ondes de cuisine standard. Crédit :Virginia Goméz Jiménez/Université de Swansea
Le processus a été révélé aujourd'hui dans le journal de la Royal Society of Chemistry Avances RSC .
Les laboratoires des chimistes Robert Hauge, Andrew Barron et Charles Dunnill ont dirigé l'étude. Barron est professeur à Rice à Houston et à l'Université de Swansea au Royaume-Uni. Rice's Hauge est un pionnier dans les techniques de croissance des nanotubes. Dunnill est maître de conférences à l'Energy Safety Research Institute de Swansea.
Il existe de nombreuses façons de purifier les nanotubes, mais à un prix, dit Barron. « La méthode au chlore développée par Hauge a l'avantage de ne pas endommager les nanotubes, contrairement aux autres méthodes, " dit-il. " Malheureusement, de nombreuses particules de catalyseur résiduelles sont entourées d'une couche de carbone qui empêche le chlore de réagir, et c'est un problème pour la fabrication de nanotubes de carbone de haute pureté."
Un nanotube de carbone à parois multiples nettoyé avec un procédé développé à l'Université Rice et à l'Université de Swansea montre que les résidus de catalyseur de fer ont été retirés de la surface, tandis que la plupart des particules ont été retirées de l'intérieur des parois du nanotube. Le processus devrait rendre les nanotubes plus adaptés à des applications telles que l'administration de médicaments et les panneaux solaires. Crédit :Virginia Goméz Jiménez/Université de Swansea
Les chercheurs ont collecté des images au microscope et des données de spectroscopie sur des lots de nanotubes à paroi unique et à parois multiples avant et après les avoir passés au micro-ondes dans un 1, four de 000 watts, et de nouveau après les avoir baignés dans un bain oxydant de chlore gazeux sous haute température et pression. Ils ont découvert qu'une fois les particules de fer exposées aux micro-ondes, il était beaucoup plus facile de les faire réagir avec le chlore. Le chlorure de fer volatil résultant a ensuite été éliminé.
L'élimination des particules de fer logées à l'intérieur de grands nanotubes multiparois s'est avérée plus difficile, mais les images au microscope électronique à transmission ont montré leur nombre, en particulier dans les tubes à simple paroi, être grandement diminué.
"Nous voudrions enlever tout le fer, mais pour de nombreuses applications, les résidus à l'intérieur de ces tubes posent moins de problèmes que s'ils étaient à la surface, " a déclaré Barron. " La présence de catalyseur résiduel à la surface des nanotubes de carbone peut limiter leur utilisation dans des applications biologiques ou médicales. "
Les co-auteurs de l'étude sont Virginia Gomez, assistant de recherche postdoctoral à Swansea; Silvia Irusta, professeur à l'Université de Saragosse, Espagne; et Wade Adams, chercheur principal en science des matériaux et nano-ingénierie à Rice.
Hauge est un membre distingué du corps professoral en chimie, en science des matériaux et en nano-ingénierie à Rice. Barron est professeur de chimie Charles W. Duncan Jr.-Welch et professeur de science des matériaux et de nano-ingénierie à Rice et titulaire de la chaire Sêr Cymru d'énergie à faible émission de carbone et d'environnement à Swansea.
