Carbone en couleur: Création des tout premiers films minces colorés de nanotubes

Anonim

Une méthode mise au point à l'Université d'Aalto, en Finlande, permet de produire de grandes quantités de nanotubes de carbone monoparois immaculés dans certaines nuances de l'arc-en-ciel. Le secret est un procédé de fabrication affiné - et une petite dose de dioxyde de carbone. Les films pourraient trouver des applications dans les technologies à écran tactile ou comme agents de revêtement pour de nouveaux types de cellules solaires.

Les nanotubes de carbone à paroi simple, ou des couches de graphène de plusieurs épaisseurs d'atomes enroulées dans différentes tailles et formes, ont trouvé de nombreuses utilisations dans l'électronique et les nouveaux appareils à écran tactile. Par nature, les nanotubes de carbone sont généralement noirs ou gris foncé.

Dans leur nouvelle étude publiée dans le Journal of American Chemical Society (JACS), les chercheurs de l’université Aalto présentent un moyen de contrôler la fabrication de films minces de nanotubes de carbone afin qu’ils affichent différentes couleurs, par exemple vert, marron ou jaune. un gris argenté

Les chercheurs pensent que c'est la première fois que des nanotubes de carbone colorés sont produits par synthèse directe. En utilisant leur invention, la couleur est induite directement dans le processus de fabrication, non pas en utilisant une gamme de techniques de purification sur des tubes finis et synthétisés.

Avec la synthèse directe, de grandes quantités d'échantillons propres peuvent être produites tout en évitant d'endommager le produit lors du processus de purification, ce qui en fait l'approche la plus attrayante pour les applications.

"En théorie, ces couches minces colorées pourraient être utilisées pour fabriquer des écrans tactiles avec de nombreuses couleurs différentes, ou des cellules solaires qui présentent des types de propriétés optiques complètement nouveaux", explique Esko Kauppinen, professeur à l'université Aalto.

Obtenir des structures en carbone pour afficher les couleurs est un exploit en soi. Les techniques sous-jacentes nécessaires à la coloration impliquent également un contrôle finement détaillé de la structure des structures de nanotubes. La méthode unique de Kauppinen et de son équipe, qui utilise des aérosols de métal et de carbone, leur permet de manipuler et de contrôler la structure des nanotubes directement à partir du processus de fabrication.

"La croissance des nanotubes de carbone est, en quelque sorte, comme la plantation d’arbres: nous avons besoin de semences, d’aliments et de chaleur solaire. Pour nous, les nanoparticules de fer en tant que catalyseurs ou semences, le monoxyde de carbone un réacteur donne de la chaleur à une température de plus de 850 degrés Celsius », explique le Dr Hua Jiang, scientifique principal à l’Université Aalto.

Le groupe du professeur Kauppinen utilise depuis longtemps ces mêmes ressources dans leur méthode de production singulière. Pour ajouter à leur répertoire, ils ont récemment expérimenté l'administration de petites doses de dioxyde de carbone dans le processus de fabrication.

"Le dioxyde de carbone agit comme une sorte de matériau de greffe que nous pouvons utiliser pour ajuster la croissance des nanotubes de carbone de différentes couleurs", explique Jiang.

Grâce à une technique de diffraction électronique avancée, les chercheurs ont pu déterminer la structure précise à l'échelle atomique de leurs couches minces. Ils ont constaté qu'ils ont des distributions de chiralité très étroites, ce qui signifie que l'orientation du réseau en nid d'abeilles des parois des tubes est presque uniforme dans tout l'échantillon. La chiralité dicte plus ou moins les propriétés électriques des nanotubes de carbone, ainsi que leur couleur.

La méthode développée à l'Université Aalto promet un moyen simple et hautement évolutif de fabriquer des couches minces de nanotubes de carbone à haut rendement.

"Habituellement, il faut choisir entre une production de masse ou un bon contrôle de la structure des nanotubes de carbone. Grâce à notre percée, nous pouvons faire les deux", a déclaré le Dr Qiang Zhang, chercheur postdoctoral au sein du groupe.

Des travaux de suivi sont déjà en cours.

"Nous voulons comprendre la science de l’ajout de dioxyde de carbone à la structure des nanotubes et créer des couleurs. Notre objectif est de maîtriser complètement le processus de croissance afin que les nanotubes de carbone à paroi unique puissent servir de nouvelle génération de dispositifs nanoélectroniques », explique le professeur Kauppinen.

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