Vous voyez rouge? Les nanotubes de carbone visibles à l'oeil nu
Si vous tentez d'observer un nanotube de carbone à l'oeil nu, tout ce que vous verrez est une poudre noire. Récemment, une équipe de chercheurs de l'UE a développé une méthode pour rendre ces éléments fondamentaux en nanotechnologie plus visibles. Les nanotubes de carbone sont des structures qui ressemblent à des hexagones enroulés dans un tube cylindrique. En raison de leurs excellentes propriétés conductrices qui leur permet de capter l'énergie des sources chimiques luminescentes placées à proximité, il n'est pas évident de leur faire émettre de la lumière. L'équipe paneuropéenne a étudié une méthode pour utiliser la surface importante de nanotubes de carbone, qui permet à de nombreuses autres molécules (dont celles capables d'émettre de la lumière) de s'attacher à eux. Ces molécules prennent la forme de substances chimiques capables de renvoyer la lumière rouge. Dans le cadre du projet FINELUMEN («Cavity-confined Luminophores for advanced photonic materials: A training action for young researchers»), qui a reçu un financement de 3,62 millions d'euros au titre du thème «Personnes» du septième programme-cadre (7e PC), des chercheurs originaires de Belgique, d'Allemagne, de France, d'Hongrie, d'Italie et de Pologne ont préparé et caractérisé des matériaux luminescents dans lesquels des luminophores inorganiques et organiques spécialement conçus ont été encapsulés dans des nanoconteneurs (des nanotubes de carbone et des cages de coordination) dans lesquels ils peuvent préserver et même améliorer leur émission. L'objectif du projet est de créer une bibliothèque de modules luminescents émettant sur la région VIS-NIR pour la production de matériaux hybrides fonctionnels supérieurs. La modularité chromatique des émissions est définie par l'hôte émetteur, et la versatilité dans l'application finale est contrôlée par la fonctionnalisation chimique personnalisée de l'hôte. «Nous participons au projet en tant que groupe de recherche spécialisant dans les études sur les composés de lanthanides. Nous avons décidé de combiner leurs haute propriétés luminescentes avec les caractéristiques mécaniques et électriques des nanotubes», explique le professeur Marek Pietraszkiewicz de l'institut de chimie physique de l'Académie polonaise des sciences de Varsovie (IPC-PAS), l'un des partenaires du consortium de FINELUMEN. Toutefois, l'équipe a découvert qu'il ne s'agissait pas simplement de coller ces molécules émettrices de lumière, comme l'explique Valentina Utochnikova de l'IPC PAS: «La fixation de complexes luminescents directe à un nanotube n'est toutefois pas favorable car ce dernier, en tant qu'absorbeur sombre, étoufferait la luminescence. Pour combattre cette absorption non désirée, l'équipe a tout d'abord soumis les nanotubes de carbone à une réaction thermique entre 140 et 160° Celsius dans une solution de liquide ionique modifiée avec une fonction d'azide terminale. La réaction entraîne des nanotubes revêtus de molécules agissant comme des liens pour ancres. D'un côté, ces ancres sont attachées à la surface du nanotube, et d'un autre, elles ont attaché aux molécules capables d'émettre de la lumière visible. La terminaison libre de chaque lien porte une charge positive. Ainsi, les nanotubes sont transférés d'une solution à une autre contenant un complexe négatif de lanthanides, du tétrakis-europium (4,4,4-trifluoro-1-(2-naphtyl-1,3-butanedionato). «Les composés de lanthanides contiennent des éléments du VIe groupe du tableau périodique et sont très prisés en photonique, car ils sont caractérisés par un rendement de luminescence quantique élevé et une pureté chromatique élevée de la lumière émise», commente Valentina Utochnikova. Après dissolution dans une solution, les complexes d'europium négatifs sont spontanément capturés par les extrémités des ancres positives attachées aux nanotubes en raison de l'interaction électrostatique. Par conséquent, chaque nanotube est revêtu de molécules capables d'émettre de la lumière visible. Une fois la réaction achevée, les nanotubes modifiés sont lavés et séchés. Le résultat final est une poudre ressemblant à de la suie qui émet de la lumière rouge lorsqu'elle est exposée à des rayons UV grâce aux complexes de lanthanides ancrés aux nanotubes de carbone. En rendant ces matériaux versatiles, il sera possible de les utiliser en bio-imagerie, dans des appareils et capteurs optoélectroniques. Le projet FINELUMEN rassemble des partenaires industriels, des petites et moyennes entreprises (PME) et des organisations de recherche, et fait partie de la stratégie générale de l'UE visant à assurer la compétitivité européenne dans un domaine de forte croissance au croisement de la chimie, de la physique et de l'ingénierie.Pour de plus amples informations, consulter: Institut de chimie physique de l'Académie polonaise des sciences: http://www.ichf.edu.pl/indexen.html(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)
Pays
Belgique, Allemagne, France, Hongrie, Italie, Pologne