Le carbone n'est pas seulement l'élément le plus important pour la vie, il possède également des propriétés fascinantes qui lui sont propres. Le graphène, une feuille de carbone pur d'un seul atome d'épaisseur, est l'un des matériaux les plus résistants. Roulez du graphène dans un cylindre et vous obtenez des nanotubes de carbone (CNT), la clé de nombreuses technologies émergentes.
Maintenant, dans une étude publiée dans Communications chimiques , des chercheurs de l'université japonaise de Kyushu ont appris à contrôler la fluorescence des NTC, permettant potentiellement de nouvelles applications.
Les NTC sont naturellement fluorescents - lorsqu'ils sont placés sous la lumière, ils répondent en libérant leur propre lumière, un processus appelé photoluminescence. La longueur d'onde (couleur) de fluorescence dépend de la structure des tubes, tels que l'angle sous lequel ils sont roulés. Les NTC fluorescents ont été étudiés pour une utilisation dans l'éclairage LED et l'imagerie médicale.
L'équipe de Kyushu visait à mieux contrôler la longueur d'onde d'émission. "La fluorescence se produit lorsque les électrons utilisent l'énergie de la lumière pour sauter dans des orbitales supérieures autour des atomes, " expliquent les auteurs principaux. " Ils redescendent vers une orbite inférieure, puis libérer l'excès d'énergie sous forme de lumière. La longueur d'onde de la lumière émise diffère de la lumière d'entrée, en fonction de l'énergie de l'orbitale émettrice." Bien que la fluorescence soit souvent associée aux matériaux jaunes, la fluorescence de ces NTC est infrarouge, qui est invisible à l'œil mais peut être détecté par des capteurs.
Les chercheurs ont utilisé la chimie pour attacher des molécules organiques – des hexagones d'atomes de carbone – sur les NTC. Cela a poussé les orbitales vers le haut ou vers le bas, accordant ainsi la fluorescence. L'un des six atomes de chaque hexagone était lié à un NTC, l'ancrage de la molécule au tube. Un autre était lié à un groupe supplémentaire d'atomes (un substituant). En raison de la forme hexagonale, les deux carbones liés pourraient être adjacents (notés "o"), ou séparés par un carbone ("m"), ou par deux ("p"). La plupart des études utilisent l'arrangement "p", où le substituant pointe à l'opposé du CNT, mais l'équipe de Kyushu a comparé les trois.
Le motif "o" a produit une fluorescence très différente de "m" et "p" - au lieu d'une longueur d'onde infrarouge, les CNT en émettaient maintenant deux. Cela résultait de la distorsion des tubes par les substituants, qui étaient pressés contre les parois du tube. Pendant ce temps, pour les arrangements "m" et "p", les énergies dépendaient des éléments qui se trouvaient dans le substituant. Par exemple, Le NO2 a produit des écarts plus importants entre les orbitales que le brome. Ce n'était pas une surprise, comme le NO2 attire mieux les électrons, créant un champ électrique (dipôle). Cependant, la taille de l'effet différait entre "m" et "p".
"La variation des énergies orbitales avec différents substituants nous donne un contrôle fin de la longueur d'onde d'émission des NTC sur une large gamme, " disent les auteurs. " Le résultat le plus important est de comprendre comment les dipôles influencent la fluorescence, nous pouvons ainsi concevoir rationnellement des NTC avec les longueurs d'onde très précises nécessaires aux dispositifs biomédicaux. Cela pourrait être très important pour le développement de la bio-imagerie dans un avenir proche. »
L'article, "Modulation de la photoluminescence dans le proche infrarouge par conception de sites défectueux à l'aide d'isomères d'aryle dans des nanotubes de carbone monoparoi localement fonctionnalisés, " a été publié dans Communications chimiques .
