Tout comme beaucoup d'entre nous pourraient être résignés à des salières bouchées ou à la circulation aux heures de pointe, ceux qui travaillent à exploiter les propriétés spéciales des nanotubes de carbone ont généralement haussé les épaules lorsque ces plus petits cylindres se remplissent d'eau pendant le traitement. Mais pour les praticiens des nanotubes qui ont atteint leur seuil de Popeye et « n'en peuvent plus, " le National Institute of Standards and Technology (NIST) a mis au point un stratégie rapide et efficace qui améliore de manière fiable la qualité et la cohérence des matériaux, ce qui est important pour les utiliser efficacement dans des applications telles que les nouvelles technologies informatiques.

Pour éviter le remplissage des noyaux des nanotubes de carbone monoparoi avec de l'eau ou d'autres substances nocives, les chercheurs du NIST conseillent de les préremplir intentionnellement avec un produit chimique souhaité aux propriétés connues. Prendre cette étape avant de séparer et de disperser les matériaux, généralement fait dans l'eau, donne une collection uniformément uniforme de nanotubes. En quantité et en qualité, les résultats sont supérieurs aux nanotubes remplis d'eau, en particulier pour les applications optiques telles que les capteurs et les photodétecteurs.

L'approche ouvre une voie directe pour l'ingénierie des propriétés des nanotubes de carbone à paroi unique - des feuilles enroulées d'atomes de carbone disposées comme du grillage ou des rayons de miel - avec des propriétés améliorées ou nouvelles.

"Cette approche est si facile, peu coûteux et largement utile que je ne vois pas de raison de ne pas l'utiliser, " a déclaré l'ingénieur chimiste du NIST Jeffrey Fagan.

Dans leurs expériences de preuve de concept, l'équipe du NIST a inséré plus de 20 composés différents dans un assortiment de nanotubes de carbone à paroi unique avec un diamètre intérieur allant de plus de 2 à environ 0,5 nanomètre. Dirigé par le chercheur invité Jochen Campo, les scientifiques ont testé leur stratégie en utilisant des hydrocarbures appelés alcanes comme charges.

Les alcanes, qui comprennent des composés familiers comme le propane et le butane, a servi à rendre les intérieurs des nanotubes non réactifs. En d'autres termes, les nanotubes remplis d'alcanes se sont comportés presque comme s'ils étaient vides - précisément l'objectif de Campo, Fagan et ses collègues.

Par rapport aux nanotubes remplis d'eau et éventuellement d'ions, acides et autres produits chimiques indésirables rencontrés pendant le traitement, les nanotubes vides possèdent des propriétés bien supérieures. Par exemple, lorsqu'il est stimulé par la lumière, les nanotubes de carbone vides émettent une fluorescence beaucoup plus brillante et avec des signaux plus nets.

Encore, « l'ingestion spontanée » d'eau ou d'autres solvants par les nanotubes au cours du traitement est un « phénomène endémique mais souvent négligé avec de fortes implications pour le développement d'applications de nanotubes, " l'équipe du NIST a écrit dans un article récent dans Horizons à l'échelle nanométrique .

Peut-être en raison du coût et des efforts supplémentaires requis pour filtrer et collecter les nanotubes, les chercheurs ont tendance à tolérer des lots mixtes de nanotubes de carbone à paroi unique non remplis (vides) et principalement remplis. La séparation des nanotubes non chargés de ces mélanges nécessite un équipement d'ultracentrifugation coûteux et, même à ce moment là, le rendement n'est que d'environ 10 pour cent, Estimations de Campo.

"Si votre objectif est d'utiliser des nanotubes pour des circuits électroniques, par exemple, ou pour les agents de contraste d'image anticancéreux fluorescents, alors vous avez besoin de quantités beaucoup plus importantes de matériaux de composition et de qualité constantes, " Campo a expliqué, qui explorait ces applications tout en faisant des recherches postdoctorales à l'Université d'Anvers. "Ce besoin particulier a inspiré le développement de la nouvelle méthode de pré-remplissage en posant la question, pouvons-nous mettre un peu de produit chimique passif dans le nanotube à la place pour empêcher l'eau d'entrer. »

Dès les premières expériences simples, la réponse était oui. Et les bénéfices peuvent être importants. Dans les expériences de fluorescence, les nanotubes remplis d'alcanes émettent des signaux deux à trois fois plus forts que ceux émis par les nanotubes remplis d'eau. Les performances approchaient celles des nanotubes vides, l'étalon-or pour ces comparaisons.

Aussi important, la stratégie de pré-remplissage développée par le NIST est contrôlable, polyvalent et facilement intégrable dans les procédés existants de traitement des nanotubes de carbone monoparoi, selon les chercheurs.