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En vidéo : les secrets de la formation de la molécule en ballon de foot

Depuis leur découverte en 1985, les fullerènes, des molécules en forme de ballon de football, ne cessent de fasciner les physiciens et les chimistes. Des membres de l'université de Rice, en utilisant un microscope électronique, ont découvert que ces molécules se formaient et se déformaient bien selon les théories proposées et les simulations numériques réalisées.

La molécule de buckminsterfullerène (du nom de Richard Buckminster Fuller), formée de 60 atomes de carbone, a la structure de l'icosaèdre tronqué. La molécule de buckminsterfullerène (du nom de Richard Buckminster Fuller), formée de 60 atomes de carbone, a la structure de l'icosaèdre tronqué.

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Le plus célèbre des fullerènes, et la première molécule de ce type découverte justement à l'université Rice par Richard Smalley et ses collègues, est une molécule de C60 avec donc 60 atomes de carbone formant un maillage rappelant un ballon de football ou encore les fameux dômes géodésiques imaginés par l’architecte visionnaire américain Richard Buckminster Fuller.

D’ailleurs le terme fullerène dérive de son nom et l’on emploie même en anglais le terme de buckyball pour parler en général des fullerènes ainsi que de Buckminsterfullerene pour la molécule C60.

Les fullerènes sont des cas particuliers du graphène et comme eux, ils sont susceptibles de nombreuses applications intéressantes, notamment en relation avec les nanotubes de carbone. L’académie suédoise ne s’y est pas trompée puisqu’elle a décerné le prix Nobel de Chimie en 1996 à ses découvreurs.

Boris Yakobson et Jianyu Huang ont donc entrepris récemment de mieux comprendre comment ces molécules pouvaient se former, d’abord par des simulations numériques, puis en étudiant avec un microscope électronique ce qui se passait à l’intérieur d’un nanotube de carbone de 10 nanomètres de large, maintenu à température constante.

D’après les théories proposées là encore par Richard Smalley et ses collègues, les fullerènes devaient se former à haute température à partir de milliers d’atomes de carbone. Ceux-ci se rassemblaient pour former des feuillets de graphène qui sous l’action de l’agitation thermique se froissaient, se repliaient sur eux-mêmes et enfin se déchiraient pour ne plus laisser que des structures plus stables en raison de leur forme sphérique.

Comme le montre la vidéo ci-dessous, un grand fullerène formé d’au moins 2.000 atomes s’est formé dans le nanotube, à partir de feuillets de graphène, et il rétrécit rapidement pour donner probablement des fullerènes plus petits, exactement selon le processus prédit par les chercheurs.

En comprenant mieux leur synthèse, les chercheurs pourront à l'avenir fabriquer à volonté le type de fullerène le plus approprié aux applications.


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