Les nanotubes de carbone (CNT) sont une famille de nanostructures 1D avec de nombreuses applications vérifiées, rendu possible grâce à leur excellente mécanique, propriétés optiques et conductrices. Cependant, l'application des NTC est entravée par la présence d'espèces de structures diverses dans le mélange brut de production, qui obscurcit les propriétés uniques des espèces individuelles.

Il existe différentes méthodes pour séparer les NTC, mais ils sont difficiles à étendre principalement en raison du coût élevé des réactifs impliqués. Notamment, la plupart de ces méthodes ont été développées à l'origine pour trier les protéines, et n'ont été adoptés que récemment pour séparer les NTC.

Dans ce document, les auteurs proposent une nouvelle, méthode de séparation rentable, adapté au traitement à l'échelle industrielle des NTC. La méthode de séparation est basée sur le passage de la solution de tensioactif des NTC dans une colonne remplie de coton chimiquement modifié.

L'une des méthodes de séparation existantes, appelée perméation sélective de gel, dans son essence est une chromatographie sur colonne de base. À savoir, la solution de tensioactif de NTC est passée sur une colonne, remplis de gels perlés d'agarose et/ou de dextrane avec les noms commerciaux Sepharose et Sephacryl. L'agarose et le dextrane sont tous deux des polysaccharides fabriqués à partir d'unités de construction de glucose ou de type glucose. La cellulose est un polysaccharide naturel constitué des mêmes unités structurelles. C'est pourquoi l'équipe a décidé d'essayer ce matériau comme charge de colonne pour une perméation sélective.

Le coton est de la cellulose naturelle, possédant une surface spécifique élevée en raison de la structure fibreuse. Co-auteur Timur Khamidullin, un doctorat étudiant dans le groupe d'Ayrat Dimiev (Laboratoire des nanomatériaux de carbone avancés, Université fédérale de Kazan) a fait le premier essai avec du coton naturel acheté dans une pharmacie locale. Malgré une faible efficacité de tri, il y a eu une séparation enregistrée, c'est-à-dire que le coton a travaillé comme remplisseur de colonne. Inspiré par le résultat, Ayrat Dimiev a décidé de modifier chimiquement le coton pour changer la nature chimique de sa surface. Les résultats étaient encore plus élevés que les attentes :cela a donné une bien meilleure efficacité de séparation dès le premier essai. Il a fallu encore un an et demi aux efforts collectifs du groupe pour peaufiner à la fois la modification chimique du coton, et le rapport des tensioactifs dans les solutions de dispersion et d'élution.

L'utilisation de coton modifié a permis d'atteindre un niveau de séparation qui n'avait jamais été rapporté pour les NTC tubaires auparavant. En outre, le coton modifié est environ 200 fois moins cher que les hydrogels à base d'agarose et de dextrane, actuellement utilisé dans la méthode de séparation sélective par perméation de gel. L'évolutivité de la méthode n'est limitée que par le diamètre de la colonne de séparation.

La principale contribution au travail a été faite par le chef de groupe Ayrat Dimiev, doctorat étudiant Timur Khamidullin, et les post-doctorants Shamil Galyaltdinov et Artur Khannanov.

Dans le mélange brut de production, Les NTC de différentes structures et propriétés masquent la valeur de l'autre. La demande industrielle de NTC séparés va apparaître et croître dans les années à venir. Les NTC à conductivité de type métallique peuvent être utilisés dans des films conducteurs transparents flexibles et même potentiellement remplacer les métaux dans le câblage. Les NTC semi-conducteurs peuvent être utilisés comme transistors et comme plates-formes pour l'imagerie et l'administration ciblée de médicaments en raison de leur émission distincte et unique dans la région IR. Ainsi, des méthodes efficaces pour séparer les mélanges de production de NTC bruts élèveraient l'application des NTC à un nouveau niveau scientifique et technologique. De plus, la disponibilité de nanotubes séparés prêts à l'emploi stimulera la recherche de nouvelles directions pour leur application.

Le principal domaine de travail futur est d'augmenter encore l'efficacité de la séparation en ajustant les paramètres du processus de séparation et la structure du coton modifié. La structure optimale du coton modifié et les conditions de sa production ne sont pas encore totalement comprises; cette question doit être entièrement résolue. Une fois cet objectif atteint, le procédé doit être adapté à des quantités industrielles, et des nanotubes séparés avec différents types de conductivité devraient être testés pour des solutions pratiques.

Le document a été mis en ligne et devrait paraître sous forme imprimée en juin 2021.