« La validation expérimentale des schwarzites complète ainsi le triumvirat des courbures possibles au graphène; courbe positive, appartement, et maintenant courbée négativement, " a ajouté Braun.

Minimisez-moi

Comme des bulles de savon sur des cadres en fil de fer, les schwarzites sont des surfaces topologiquement minimales. Lorsqu'il est fabriqué à l'intérieur d'une zéolite, une vapeur de molécules carbonées est injectée, permettant au carbone de s'assembler en une feuille bidimensionnelle de type graphène tapissant les parois des pores de la zéolite. La surface est tendue pour minimiser sa surface, ce qui fait que toutes les surfaces se courbent négativement, comme une selle. La zéolite est ensuite dissoute, laissant derrière lui la schwarzite.

"Ces carbones à courbe négative ont été très difficiles à synthétiser seuls, mais il s'avère que l'on peut faire croître le film de carbone de manière catalytique à la surface d'une zéolithe, " a déclaré Braun. "Mais les schwarzites synthétisés à ce jour ont été fabriqués en choisissant des modèles de zéolite par essais et erreurs. Nous fournissons des instructions très simples que vous pouvez suivre pour fabriquer rationnellement des schwarzites et nous montrons que, en choisissant la bonne zéolite, vous pouvez ajuster les schwarzites pour optimiser les propriétés que vous souhaitez."

Les chercheurs devraient pouvoir emballer des quantités inhabituellement importantes de charge électrique dans des schwarzites, ce qui en ferait de meilleurs condensateurs que les condensateurs conventionnels utilisés aujourd'hui en électronique. Leur grand volume intérieur permettrait également le stockage d'atomes et de molécules, qui est également explorée avec les fullerènes et les nanotubes. Et leur grande surface, équivalent aux surfaces des zéolites dans lesquelles elles sont cultivées, pourraient les rendre aussi polyvalentes que les zéolites pour catalyser des réactions dans les industries du pétrole et du gaz naturel.

Braun a modélisé informatiquement les structures ZTC en utilisant les structures connues des zéolites, et a travaillé avec la mathématicienne topologique Senja Barthel de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne à Sion, La Suisse, pour déterminer à laquelle des surfaces minimales les structures ressemblaient.

L'équipe a déterminé que, des quelque 200 zéolithes créées à ce jour, seulement 15 peuvent être utilisés comme modèle pour faire des schwarzites, et seulement trois d'entre eux ont été utilisés à ce jour pour produire des ZTC de schwarzite. Plus d'un million de structures zéolitiques ont été prédites, cependant, il pourrait donc y avoir beaucoup plus de structures de carbone de schwarzite possibles fabriquées à l'aide de la méthode de modélisation de la zéolite.