Différents types de nanotubes :1) zigzag, 2) chiral et 3) fauteuil (ou denté). Crédit :NUST MISIS
Des scientifiques du Laboratoire de nanomatériaux inorganiques NUST MISIS et des collègues internationaux ont prouvé qu'il est possible de modifier les propriétés structurelles et conductrices des nanotubes en les étirant. Cette découverte a des applications dans l'électronique et les capteurs de haute précision tels que les microprocesseurs et les détecteurs. L'article de recherche a été publié dans Ultramicroscopie .
Les nanotubes de carbone peuvent être représentés comme une feuille de graphène enroulée d'une manière spéciale. Il existe différentes manières de le plier, ce qui entraîne l'interconnexion des bords du graphène à des angles différents, formant l'un ou l'autre fauteuil, nanotubes en zigzag ou chiraux (Fig 1).
Les nanotubes sont considérés comme des matériaux prometteurs pour une utilisation dans l'électronique et les capteurs car ils ont une conductivité électrique élevée, qui fonctionnerait bien dans des choses comme les microprocesseurs et les détecteurs de haute précision. Cependant, il est difficile de contrôler leur conductivité pendant la production. Les nanotubes dotés de propriétés métalliques et semi-conductrices peuvent se développer en un seul réseau, tandis que l'électronique à base de microprocesseurs nécessite des nanotubes semi-conducteurs ayant les mêmes caractéristiques.
Scientifiques du Laboratoire NUST MISIS des Nanomatériaux Inorganiques, conjointement avec une équipe de recherche du Japon, Chine et Australie, dirigé par le professeur Dmitri Golberg, ont proposé une méthode qui permet de modifier la structure des nanotubes prêts à l'emploi et change ainsi leurs propriétés conductrices.
Le processus de modification de la structure des nanotubes :a) étirement avec la formation du premier défaut; b) la restructuration des obligations carbone associées; c) la formation de nouveaux défauts et la poursuite de la restructuration des liens. Crédit :© NUST MISIS
"La base du nanotube - une couche pliée de graphène - est une grille d'hexagones réguliers, dont les sommets sont des atomes de carbone. Si l'une des liaisons carbone du nanotube est tournée de 90 degrés, un pentagone et un heptagone sont formés à cette [jonction] au lieu d'un hexagone, et un défaut dit de Stone-Wales est obtenu dans ce cas. Un tel défaut peut survenir dans la structure sous certaines conditions.
« À la fin des années 90, il a été prédit que la migration de ce défaut le long des parois d'un nanotube hautement chauffé avec l'application d'une contrainte mécanique pourrait entraîner un changement de sa structure - un changement séquentiel de la chiralité du nanotube, ce qui entraîne une modification de ses propriétés électroniques. Aucune preuve expérimentale de cette hypothèse n'a été obtenue auparavant, mais notre document de recherche en a présenté une preuve convaincante, " a déclaré le professeur agrégé Pavel Sorokin, responsable du projet d'infrastructure Science des matériaux théoriques des nanostructures au Laboratoire des nanomatériaux inorganiques NUST MISIS.
Des scientifiques du Laboratoire de nanomatériaux inorganiques NUST MISIS ont mené des simulations de l'expérience au niveau atomique. En premier, les nanotubes ont été allongés pour former le premier défaut structurel constitué de deux pentagones et de deux heptagones (un défaut Stone-Wales, 2a), où l'allongement prolongé du tube a commencé à "s'étendre" sur les côtés, réarrangement d'autres liaisons carbone (Fig. 2b). C'est à ce stade que la structure des nanotubes a changé. Avec un étirement supplémentaire, de plus en plus de défauts Stone-Wales ont commencé à se former, conduisant à terme à une modification de la conductivité des nanotubes (Fig. 2).
"Nous étions responsables de la modélisation théorique du procédé sur un supercalculateur au Laboratoire de Modélisation et Développement de Nouveaux Matériaux NUST MISIS pour la partie expérimentale du travail. Nous sommes heureux que les résultats de simulation [supportent] les données expérimentales, " a ajouté Dmitri Kvashnin, co-auteur des travaux de recherche, Candidat en Sciences Physiques &Mathématiques et chercheur au Laboratoire NUST MISIS des Nanomatériaux Inorganiques.
La technologie proposée est capable d'aider à la transformation de la structure des nanotubes « métalliques » pour une application ultérieure dans l'électronique à semi-conducteurs et les capteurs tels que les microprocesseurs et les détecteurs ultrasensibles.
