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Un nanotube élémentaire pour une fabrique à la chaîne

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C'est l'espoir d'une fabrication facile et massive de nanotubes de carbone d'un type donné qui émerge de travaux récents de chimistes de l'université de Berkeley.

Une molécule de cycloparaphenylène, un collier qui pourrait devenir le germe d'un nanotube de carbone... Crédit : Berkeley Lab

Il ne s'écoule pratiquement pas une semaine sans que se fasse entendre l'écho d'une avancée dans le domaine des nanotubes de carbone et de leurs applications potentielles. Pour l'essentiel, il s'agit de possibilités de créer des ordinateurs plus petits et plus rapides et des capteurs suffisamment sensibles pour détecter une seule molécule.

Il existe différents types de nanotubes de carbone, caractérisés par exemple par le nombre de parois de graphène. Selon leurs structures, ces nanotubes se comportent comme des semi-conducteurs ou des métaux. Cette variété pose problème au moment de leur fabrication. En effet, non seulement ils sont difficiles à produire en grande quantité mais, surtout, on ne sait pas les fabriquer de façon sélective. Plusieurs types sont obtenus simultanément lors des processus de synthèse. On connaît quelques procédés pour faire le tri, par exemple pour obtenir seulement des nanotubes de carbone à double paroi, mais il faudrait faire mieux pour passer au stade industriel pour les nombreuses applications potentielles des nanotubes.

La structure d'un nanotube de carbone à une paroi. On peut le voir comme un empilement de briques élémentaires de cycloparaphenylène. Crédit : cnano-rhone-alpes.org

Ramesh Jasti est étudiant au sein du groupe de chimistes de l'Université de Berkeley dirigé par le professeur Carolyn Bertozzi, connu sous le nom Molecular Foundry. Avec ses collègues il vient de trouver le moyen de synthétiser une molécule prédite depuis 70 ans, le cycloparaphenylène.

Il s'agit d'une chaîne de molécules de benzène refermée sur elle-même pour former un anneau. Bien que simple, cette molécule est difficile à réaliser car une chaîne de benzène est normalement assez rigide et résiste à toutes les tentatives de déformation pour introduire une courbure.

Or, un tel anneau peut être vu comme un segment élémentaire de nanotube de carbone, une brique fondamentale donc. Selon les chercheurs, il devrait être possible de s'en servir comme d'une sorte de germe pour obtenir directement un seul type de nanotube de carbone ou presque dans les réacteurs chimiques synthétisant les nanotubes. On devrait ainsi pouvoir atteindre un degré de pureté de près de 99% pour l'obtention d'un type de nanotube. Cela reste encore à prouver...

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