Documents de synthèse de Rice University sur les nanomatériaux

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Les nanotubes de carbone

Des chercheurs de la "Rice University" [1] et du "National Institute of Standards and Technology" (NIST) [2] ont travaillé ensemble pour produire un rapport détaillé sur l’état actuel des connaissances des nanotubes de carbone métalliques. Leur article recèle des informations précieuses pour tout chercheur désireux de travailler avec ces nanomatériaux. [3]

L’équipe s’est focalisée en particulier sur les nanotubes de type "fauteuil". Dans la structure de type "fauteuil", la disposition du réseau hexagonale de graphène est circulaire. Cette configuration est la plus intéressante, car sa structure de bandes électroniques ne présente pas de gap d’énergie, i.e. pas de bande d’énergie interdite, ce qui en fait d’exceptionnels conducteurs. Cette propriété électrique remarquable, combinée aux caractéristiques de légèreté et de robustesse que partagent tous les nanotubes de carbone, font de ces nanotubes "fauteuil" les candidats idéaux pour la réalisation de fils électriques. Cependant les auteurs ont approfondi leur analyse de ces nanomatériaux pour déceler d’autres applications potentielles : dispositifs électroniques, optiques, photoniques et capteurs.

Dans leur article, les experts décrivent leurs récentes découvertes dans le domaine des nanotubes ; mais grâce à un important travail bibliographique ils décrivent également les propriétés optiques et électriques des différents types de nanotubes, et ont établi un tableau récapitulatif des statistiques les plus importantes. Le document constitue ainsi une référence de base pour les connaissances fondamentales dans le domaine. Les méthodes de préparation des échantillons enrichis en nanotubes de carbone métalliques y sont détaillées avec le plus grand soin. En effet, la difficulté majeure actuelle réside dans la capacité des chercheurs à séparer les nanotubes de carbone métalliques des nanotubes de carbone semi-conducteurs d’une part, puis d’isoler parmi ces nanotubes métalliques, les nanotubes de type "fauteuil". De récentes méthodes de séparations très prometteuses se développent : l’ultracentrifugation par gradient de densité à l’Université de Rice [4] et la chromatographie par échange d’ions basé sur l’ADN au NIST [5]. Une combinaison de ces dernières devrait permettre une avancée significative.

Le graphène et ses dérivés

Un autre article, issu du groupe de James Tour [6], professeur de chimie à "Rice University", propose une belle synthèse des procédés de fabrication du graphène et de ses dérivés, des techniques de manipulations de ces derniers et de leurs applications [7].

Le document, publié en septembre 2012, récapitule l’ensemble des méthodes de synthèse développées cette dernière décennie, avec leurs avantages et inconvénients : techniques d’exfoliation mécanique, croissance par déposition chimique en phase vapeur, croissance par déposition d’une source de carbone à l’état solide, exfoliation en solution, dépropagations et fragmentations de nanotubes, réduction de l’oxyde de graphène. Chaque méthode est décrite et la qualité du graphène ou du matériau dérivé obtenue est commentée. De plus, les différentes techniques de modifications et manipulations effectuées sur ces matériaux afin de les fonctionnaliser et de créer des motifs spécifiques y sont décrites. Les auteurs concluent l’article en reportant l’ensemble des applications qui ont été développées à partir du graphène ou de ces dérivés. Les applications pour lesquelles l’équipe a directement travaillé sont détaillées : électrodes transparentes, transistors à effets de champs, transistors couches minces et dispositifs de stockage d’énergie.

Il est intéressant de noter que James Tour participera au symposium international "Single Molecular Machines and Motors" les 19 et 20 juin prochains, qui se tiendra au Centre d’Elaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales de Toulouse [8]. En effet, le professeur Tour fait parti des trois ou quatre seuls groupes au monde qui construisent des voitures moléculaires. Il est également invité à la grande inauguration du nouveau bâtiment du "Picolab", dédié aux nanosciences et nanotechnologies, au sein du laboratoire CEMES [9] [10]. Le professeur Tour précise son intérêt à travailler avec les chercheurs en France, dont il estime l’expertise dans l’imagerie des molécule-machines.



[10] Les 2500 m2 du nouveau bâtiment PicoLab ont été financés dans le cadre du CPER "G. Dupouy" 2007-2013 pour un montant de 9Meuros. Il a été lancé en 2005 et signé en 2007-2008. Le CEMES est par ailleurs co-fondateur et membre du Labex NEXT (Nano, Extreme measurements and Theory), qui réunit 6 laboratoires de physique sur le site de Toulouse, tous reconnus d’excellence par l’AERES.

Sources :


- Entretien avec James Tour, le 20 février 2013
- [3] Article "Fundamental optical processes in armchair carbon nanotubes", E. Hároz et al, Nanoscale Issue 4, 2013. Une version préliminaire est disponible sur arxiv.org : http://arxiv.org/pdf/1210.5239.pdf
- [7] Article "New Routes to Graphene, Graphene Oxide and Their Related Applications" , Y. Zhu et al, Advanced Materials 2012, vol 24, issue 36 : http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201202321/abstract ;jsessionid=F5AFA2899E3B4B6CB874B6BFC2943574.d01t02?systemMessage=Wiley+Online+Library+will+be+disrupted+on+23+February+from+10%3A00-12%3A00+BST+%2805%3A00-07%3A00+EDT%29+for+essential+maintenance&userIsAuthenticated=false&deniedAccessCustomisedMessage=

Pour en savoir plus, contacts :


- [1] Page d’accueil du laboratoire de Junichiro Kono, chercheur à "Rice University" : http://www.ece.rice.edu/~irlabs/
- [2] Page d’accueil du laboratoire de Ming Zheng, chercheur au "NIST" : http://www.nist.gov/mml/msed/complex_fluids/ming-zheng.cfm
- [4] Article "Enrichment of Armchair Carbon Nanotubes via Density Gradient Ultracentrifugation : Raman Spectroscopy Evidence", E. Hároz et al, disponible sur arxiv.org : http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0911/0911.0904.pdf?bcsi_scan_1fe59ba8c561fa18=0&bcsi_scan_filename=0911.0904.pdf
- [5] Article "DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes", M. Zheng et al., Nature Materials 2, 2003 - http://www.nature.com/nmat/journal/v2/n5/full/nmat877.html
- [6] Page d’accueil du groupe de James Tour, professeur à "Rice University" : http://www.jmtour.com/
- [8] Page d’accueil du Centre d’Elaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales de Toulouse : http://www.cemes.fr/
- [9] Page de présentation du Centre d’Elaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales de Toulouse, incluant la présentation du PicoLab : http://www.cemes.fr/index.php?option=com_flexicontent&view=items&cid=1%3Alaboratoire&id=241%3Abilan-projets&Itemid=207&lang=en
Code brève
ADIT : 72343

Rédacteurs :


- Catherine Marais, Attaché scientifique adjoint ; deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org
- Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org

Voir en ligne : http://www.bulletins-electroniques….