Ashleigh Smith McWilliams, étudiante diplômée de l'Université Rice, tient un flacon de nanotubes de nitrure de bore fluorescents. Elle a dirigé une étude pour capturer une vidéo des nanotubes en mouvement afin de prouver leur potentiel pour les matériaux et les applications médicales. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Les nanotubes de nitrure de bore sont tout sauf ennuyeux, selon les scientifiques de l'Université Rice qui ont trouvé un moyen de regarder comment ils se déplacent dans les liquides.
La méthode des chercheurs pour étudier la dynamique en temps réel des nanotubes de nitrure de bore (BNNT) leur a permis de confirmer, pour la première fois, que le mouvement brownien des BNNT en solution correspond aux prédictions et que, comme des nanotubes de carbone de tailles comparables, ils restent rigides.
Ces propriétés et d'autres - les BNNT sont presque transparents à la lumière visible, résister à l'oxydation, sont des semi-conducteurs stables et sont d'excellents conducteurs de chaleur - pourraient les rendre utiles comme blocs de construction pour les matériaux composites ou dans les études biomédicales, entre autres applications. L'étude aidera les scientifiques à mieux comprendre le comportement des particules comme les cristaux liquides, gels et réseaux de polymères.
Les scientifiques du riz Matteo Pasquali et Angel Martí et l'étudiant diplômé et auteur principal Ashleigh Smith McWilliams ont isolé des BNNT uniques en les combinant avec un tensioactif à base de rhodamine fluorescente.
Cela a permis aux chercheurs de montrer leur mouvement brownien - la manière aléatoire dont les particules se déplacent dans un fluide, comme la poussière dans l'air - est le même que pour les nanotubes de carbone, et ainsi ils se comporteront de manière similaire dans les écoulements fluides. Cela signifie que les BNNT peuvent être utilisés dans le traitement en phase liquide pour la production à grande échelle de films, fibres et composites.
"Les BNNT sont généralement invisibles en microscopie à fluorescence, " dit Martí. " Cependant, lorsqu'elles sont recouvertes de tensioactifs fluorescents, ils peuvent être facilement vus comme de petites tiges mobiles. Les BNNT sont un million de fois plus fins qu'un cheveu. Comprendre comment ces nanostructures se déplacent et diffusent en solution à un niveau fondamental est d'une grande importance pour la fabrication de matériaux ayant des propriétés spécifiques et souhaitées."
Les nouvelles données proviennent d'expériences menées à Rice et rapportées dans le Journal de chimie physique B .
Comprendre comment le cisaillement aide les nanotubes à s'aligner a déjà porté ses fruits dans le développement par le laboratoire Pasquali de fibres conductrices de nanotubes de carbone, films et revêtements, fait déjà des vagues dans les matériaux et la recherche médicale.
"Les BNNT sont les cousins négligés des nanotubes de carbone, " a déclaré Pasquali. " Ils ont été découverts quelques années plus tard, mais a pris beaucoup plus de temps à décoller, parce que les nanotubes de carbone avaient pris la majeure partie de l'attention.
Ashleigh Smith McWilliams, étudiante diplômée de l'Université Rice, et le chimiste Angel Martí examinent des nanotubes de nitrure de bore fluorescents. Leur analyse du mouvement des nanotubes aidera les scientifiques à mieux comprendre le comportement des particules comme les cristaux liquides, gels et réseaux de polymères. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
"Maintenant que la synthèse BNNT a avancé et que nous comprenons leur comportement fluide fondamental, la communauté pourrait aller beaucoup plus vite vers les applications, " dit-il. " Par exemple, nous pourrions fabriquer des fibres et des revêtements thermiquement conducteurs mais électriquement isolants, ce qui est très inhabituel car les isolants électriques ont une mauvaise conductivité thermique."
Contrairement aux nanotubes de carbone qui émettent une lumière proche infrarouge à plus faible énergie et sont plus faciles à repérer au microscope, l'équipe Rice a dû modifier les BNNT à parois multiples pour les rendre à la fois dispersibles et visibles. Des molécules de rhodamine combinées à de longues chaînes aliphatiques ont servi à cet effet, en se fixant aux nanotubes pour les maintenir séparés et en leur permettant d'être situés entre des lames de verre séparées juste assez pour les laisser bouger librement. L'étiquette rhodamine a permis aux chercheurs de suivre des nanotubes uniques pendant cinq minutes maximum.
Des scientifiques de l'Université Rice ont analysé le mouvement de nanotubes de nitrure de bore uniques. Les nanotubes sont des semi-conducteurs stables et d'excellents conducteurs de chaleur. Ils pourraient être utiles comme blocs de construction pour les matériaux composites ou dans les études biomédicales. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
« Nous avions besoin de pouvoir visualiser le nanotube pendant des périodes de temps relativement longues, afin que nous puissions modéliser avec précision son mouvement, " Smith McWilliams a déclaré. " Étant donné que les étiquettes de rhodamine coordonnées à la surface du BNNT étaient moins susceptibles de photoblanchir (ou de s'assombrir) que celles libres en solution, le BNNT est apparu comme un signal fluorescent brillant sur un fond sombre, comme vous pouvez le voir dans la vidéo. Cela m'a aidé à garder le nanotube au point tout au long de la vidéo et a permis à notre code de suivre avec précision son mouvement au fil du temps."
