Un microscope dans le NanoScience Lab de l'Université de Melbourne. Crédit :Gavan Mitchell et Michelle Gough, Université de Melbourne
Les nanotubes de carbone sont l'un des secrets les mieux gardés de la science.
Ces minuscules matériaux synthétiques possèdent des propriétés extraordinaires :ce sont les matériaux les plus sombres que l'homme puisse créer, ils absorbent si bien la lumière qu'ils peuvent produire de l'énergie thermique et ils sont capables d'imiter la nature pour aider le corps à combattre les bactéries.
Des chercheurs australiens et chinois ont trouvé un moyen moins coûteux et plus simple d'organiser de grands groupes de nanotubes de carbone, ouvrant potentiellement de nombreuses nouvelles voies pour leur utilisation par davantage de scientifiques du monde entier.
Les nanotubes de carbone sont généralement développés à la surface d'un matériau à l'aide d'un processus chimique impliquant une source de carbone et des catalyseurs métalliques à l'échelle nanométrique, tels que le fer, le nickel et le cobalt.
Un plasma à décharge luminescente est utilisé pour faire croître les nanotubes verticalement et de manière autonome pour former une forêt nanoscopique.
Les modèles de nanotubes prédéfinis nécessitent un modèle de catalyseur. Souvent, la création de tels modèles implique un processus coûteux et compliqué appelé lithographie.
La lithographie est justifiable dans des industries hautement sophistiquées comme la microélectronique, mais des alternatives plus abordables sont nécessaires pour les applications à grande échelle et à faible technologie.
Aujourd'hui, les scientifiques ont démontré une alternative pour assembler et aligner de puissantes collections de nanotubes de carbone sans avoir recours à la lithographie.
L'équipe est basée à la South China Normal University, au ARC Center of Excellence in Exciton Science et au Doherty Institute de l'Université de Melbourne. Leurs recherches ont été publiées dans la revue Nanotechnology.
Le Dr Eser Akinoglu a déclaré :« Nous voulons utiliser les nanotubes de carbone pour recouvrir les implants médicaux et imiter les propriétés antibactériennes des ailes d'insectes, pour avoir une structure mécanique qui peut tuer les bactéries et, espérons-le, favoriser en même temps la croissance des cellules osseuses ( ostéoblastes).
"L'idée principale est d'imiter les structures sur les ailes des insectes qui tuent les bactéries par action mécanique, sans aucun produit chimique antibiotique impliqué."
Les chercheurs se sont appuyés sur un processus de "démouillage" pour organiser les particules de catalyseur au nickel d'une manière particulière. Le démouillage se produit lorsqu'un fluide, dans ce cas un métal en fusion, est retiré d'une surface.
Des îlots métalliques se forment ensuite lorsque de la chaleur est appliquée à un mince film métallique sur une couche de nanosphères de silice, qui agit comme un modèle pour créer un arrangement exact d'îlots de nickel à l'échelle nanométrique.
Le diamètre des particules de silice détermine le "pas" de l'arrangement hexagonal des nanotubes, tandis que l'épaisseur du film métallique influence la largeur des îlots de nickel, qui à son tour détermine la largeur des éventuels nanotubes de carbone.
Enfin, la longueur des nanotubes est simplement déterminée par la durée de leur croissance.
En adoptant cette approche, tous les paramètres géométriques des nanotubes peuvent être choisis sans avoir besoin d'une lithographie coûteuse.
"Normalement, vous auriez besoin d'utiliser la lithographie pour créer un modèle", a déclaré Eser.
"Cela pourrait être avec de la lumière, des rayons X ou des faisceaux d'électrons. Ce que nous faisons ici élimine le besoin de tout cela. C'est un moyen beaucoup plus facile de faire croître ces nanotubes de carbone selon des schémas périodiques prédéfinis. C'est la première fois que des réseaux périodiques de carbone les nanotubes ont été cultivés sans étape lithographique."
Les nanotubes de carbone qui en résultent repoussent l'eau et ressemblent à des structures similaires trouvées dans la nature, ce qui signifie qu'ils pourraient aider à créer des dispositifs biomimétiques, des outils qui résolvent des problèmes complexes en imitant des éléments trouvés dans le monde naturel.
Un exemple est l'"effet lotus", dans lequel la capacité d'une plante à s'auto-nettoyer est déterminée par les nanostructures présentes dans ses feuilles.
Les chercheurs vont maintenant tenter de découvrir si les réseaux de nanotubes de carbone peuvent effectivement tuer les bactéries qui menacent les implants médicaux. L'agitation moléculaire a des implications pour les fibres de nanotubes de carbone
