Des échantillons de films minces colorés de nanotubes de carbone, tel que produit dans le réacteur de fabrication. Crédit :Université Aalto
Une méthode développée à l'Université Aalto, Finlande, peut produire de grandes quantités de nanotubes de carbone à paroi unique vierges dans certaines nuances de l'arc-en-ciel. Le secret est un processus de fabrication affiné et une petite dose de dioxyde de carbone. Les films pourraient trouver des applications dans les technologies des écrans tactiles ou comme agents de revêtement pour de nouveaux types de cellules solaires.
Nanotubes de carbone monoparoi, ou des feuilles de couches de graphène d'une épaisseur d'un atome enroulées en différentes tailles et formes, ont trouvé de nombreuses utilisations dans l'électronique et les nouveaux appareils à écran tactile. Par nature, les nanotubes de carbone sont généralement noirs ou gris foncé.
Dans leur nouvelle étude publiée dans le Journal de l'American Chemical Society ( JACS ), Des chercheurs de l'Université Aalto présentent un moyen de contrôler la fabrication de films minces de nanotubes de carbone afin qu'ils affichent une variété de couleurs différentes, par exemple, vert, brun, ou un gris argenté.
Les chercheurs pensent que c'est la première fois que des nanotubes de carbone colorés sont produits par synthèse directe. Grâce à leur invention, la couleur est induite directement dans le processus de fabrication, pas en employant une gamme de techniques de purification sur fini, tubes synthétisés.
En synthèse directe, de grandes quantités d'échantillons propres peuvent être produites tout en évitant d'endommager le produit lors du processus de purification, ce qui en fait l'approche la plus attrayante pour les applications.
"En théorie, ces films minces colorés pourraient être utilisés pour faire des écrans tactiles avec de nombreuses couleurs différentes, ou des cellules solaires qui présentent de tout nouveaux types de propriétés optiques, " dit Esko Kauppinen, Professeur à l'Université Aalto.
Faire en sorte que les structures en carbone affichent des couleurs est un exploit en soi. Les techniques sous-jacentes nécessaires pour permettre la coloration impliquent également un contrôle finement détaillé de la structure des structures de nanotubes. La méthode unique de Kauppinen et de son équipe, qui utilise des aérosols de métal et de carbone, leur permet de manipuler et de contrôler soigneusement la structure des nanotubes directement à partir du processus de fabrication.
Le professeur Esko Kauppinen avec le réacteur de fabrication. Crédit :Université Aalto
"La culture de nanotubes de carbone est, dans un sens, comme planter des arbres :nous avons besoin de graines, aliments, et la chaleur solaire. Pour nous, les nanoparticules d'aérosol de fer agissent comme catalyseur ou germe, le monoxyde de carbone comme source de carbone, alors nourrissez-vous, et un réacteur donne de la chaleur à une température supérieure à 850 degrés Celsius, " dit le Dr Hua Jiang, Scientifique principal à l'Université d'Aalto.
Le groupe du professeur Kauppinen utilise depuis longtemps ces mêmes ressources dans sa méthode de production singulière. Pour compléter leur répertoire, ils ont récemment expérimenté l'administration de petites doses de dioxyde de carbone dans le processus de fabrication.
"Le dioxyde de carbone agit comme une sorte de matériau de greffe que nous pouvons utiliser pour régler la croissance de nanotubes de carbone de différentes couleurs, " explique Jiang.
Avec une technique avancée de diffraction des électrons, les chercheurs ont pu découvrir la structure précise à l'échelle atomique de leurs couches minces. Ils ont trouvé qu'ils ont des distributions de chiralité très étroites, ce qui signifie que l'orientation du réseau en nid d'abeilles des parois des tubes est presque uniforme dans tout l'échantillon. La chiralité dicte plus ou moins les propriétés électriques que peuvent avoir les nanotubes de carbone, ainsi que leur couleur.
La méthode développée à l'Université Aalto promet un moyen simple et hautement évolutif de fabriquer des films minces de nanotubes de carbone avec des rendements élevés.
« En général, vous devez choisir entre la production de masse ou une bonne maîtrise de la structure des nanotubes de carbone. Avec notre percée, on peut faire les deux, " confie le Dr Qiang Zhang, un chercheur postdoctoral dans le groupe.
Des travaux de suivi sont déjà en cours.
« Nous voulons comprendre la science de la façon dont l'ajout de dioxyde de carbone ajuste la structure des nanotubes et crée des couleurs. Notre objectif est d'obtenir un contrôle total du processus de croissance afin que les nanotubes de carbone à paroi unique puissent être utilisés comme éléments de base pour le prochaine génération de dispositifs nanoélectroniques, " dit le professeur Kauppinen.
