Alors que la demande mondiale d'appareils électroniques continue de croître, il en va de même de la pression sur les ressources finies utilisées dans leur production, comme les métaux et les combustibles fossiles. Afin de proposer des alternatives renouvelables, des chercheurs de l'université d'Osaka ont développé un matériau nanocarboné pour des applications électroniques à base de chitine dérivée de carapaces de crabe. Leurs conclusions ont été publiées dans Journal de la chimie des matériaux C .

Les matériaux nanocarbonés sont très prometteurs pour une utilisation dans les appareils électroniques. En particulier, ceux avec des structures tridimensionnelles (3D) poreuses fournissent des réseaux efficaces pour le transport de charges ainsi que d'électrolytes et de réactifs. Le flux à travers ces réseaux peut être encore amélioré par l'ajout d'imperfections - appelées défauts - sous forme d'atomes différents, comme l'azote.

Des efforts pour utiliser à la fois des polymères synthétiques et de la biomasse pour préparer du nanocarbone poreux 3D avec des défauts, ont conduit à une détection efficace, stockage d'Energie, et des matériaux d'électrocatalyse. Cependant, beaucoup d'entre eux sont fabriqués à partir de ressources non renouvelables ou nécessitent plusieurs étapes pour préparer le réseau et introduire les défauts.

Les chercheurs ont donc développé des matériaux nanocarbonés poreux 3D défectueux par simple pyrolyse - ou décomposition thermique - de papier de nanofibres de chitine. La chitine est un biopolymère qui est le composant majeur des carapaces de crustacés. Parce que la structure de la chitine contient des atomes d'azote, il agit comme sa propre source de défauts et aucune étape de dopage n'est requise.

« Nous avons pu contrôler diverses propriétés des matériaux nanocarbonés finaux en pyrolysant le papier de nanofibres de chitine à différentes températures, " explique le premier auteur de l'étude Luting Zhu. " La structure des pores, aire de surface spécifique, et la résistivité électrique varie en fonction de la température de pyrolyse, nous fournissant un moyen utile de régler le matériau pour des applications spécifiques. »

Les papiers de nanofibres de chitine pyrolysées ont été utilisés avec succès comme photocapteurs, présentant une résistance plus faible lorsqu'ils sont exposés à la lumière. Ils se sont également avérés être des électrodes de supercondensateur efficaces (composants électriques capables de stocker une charge électrique dans un champ électrique), avec une capacité spécifique plus élevée que de nombreux autres matériaux nanocarbonés rapportés à ce jour, indiquant leur potentiel d'utilisation dans le stockage d'énergie.

"Afin de traduire les résultats de laboratoire en produits qui ont un impact significatif dans le monde réel, il est important de rationaliser les processus, c'est pourquoi nous sommes enthousiasmés par notre traitement de pyrolyse simple, ", explique l'auteur correspondant de l'étude Hirotaka Koga. "En outre, notre utilisation réussie d'une ressource renouvelable qui est généralement considérée comme un déchet démontre la viabilité de l'électronique durable."