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Posté par Redbran le Mardi 31/05/2016 à 12:00
Nanomatériaux intelligents: le carbone en pleine lumière
Des chercheurs du Laboratoire de nanochimie de l’Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (CNRS / Université de Strasbourg) ont suivi l’interaction entre des nanomatériaux à base de carbone et des molécules sensibles à la lumière en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de leur utilisation pour la fabrication de (nano)dispositifs intelligents. Ils pointent les résultats les plus marquants sur ces matériaux photo-sensibles et identifient les orientations futures dans ce domaine. Ces travaux sont parus dans la revue Nature Communications.

De nombreuses équipes à travers le monde (Le mot monde peut désigner :) s’intéressent aux fullerènes, aux « nanodots », aux nanotubes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) ou encore au graphène. Fonctionnalisés avec des molécules appropriées, ils acquièrent des propriétés nouvelles. Ils peuvent générer des nanomatériaux intelligents et dynamiques pouvant être contrôlés à distance (Figure). En greffant des molécules sensibles à des stimuli externes sur de tels systèmes à base de carbone (par exemple par la lumière, une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) mécanique, le pH, un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) électrique ou magnétique, etc.), les chercheurs ont montré qu’il est possible de générer des nanomatériaux de carbone « intelligents » et dynamiques pouvant être contrôlés à distance. Parmi ces différents stimuli, la lumière présente l’avantage d’offrir une haute résolution spatio-temporelle et d’être non invasive sur une large gamme de longueurs d’onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte...).


Vue d’ensemble des différentes voies de fonctionnalisation des nanomatériaux de carbone (de dimensionnalité 0, 1 ou 2) avec des molécules sensibles à la lumière. © Paolo Samorì

Dans cette optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), les chercheurs de l’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de connaissances,...) et d’ingénierie supramoléculaires ont mis en évidence plusieurs voies de fonctionnalisation. Ils ont notamment montré que la fonctionnalisation des nanomatériaux à base de carbone avec des molécules photochromiques pouvant subir une isomérisation réversible déclenchée par la lumière permettait au matériau de répondre à des stimuli lumineux. Les isomères du système photosensible présentent des caractéristiques nettement différentes au niveau de la molécule unique, ce qui donne lieu à une remarquable diversité de propriétés macroscopiques, c’est-à-dire au niveau de l’ensemble molécule/composé carboné. Cette démarche permet de développer des matériaux moléculaires bi- ou multifonctionnels: le système hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement...) présentera non seulement les caractéristiques uniques de chacun de ses composants, mais aussi de nouvelles propriétés qui peuvent potentiellement être utilisées pour des applications spécifiques.

Les chercheurs ont constaté qu’en fonctionnalisant divers nanomatériaux à base de carbone, ils pouvaient ainsi moduler un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de propriétés physico-chimiques: moment dipolaire, conductivité, transfert/séparation de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice...), transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies...) de charge, magnétisme, fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser...), dispersibilité, morphologie, …). Une telle faculté de modulation est essentielle pour des applications dans de nombreux domaines comme l’(opto)électronique (jonctions moléculaires, transistors à effet de champ, mémoires), le stockage d’énergie solaire thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques, en...), la détection, l’imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression mécanique ;...) biomédicale et la délivrance de médicaments. Ce travail donne un aperçu de la boîte à outils dont dispose le chimiste (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la matière à l'échelle moléculaire ou atomique ("supra-atomique"). Le mot chimiste est...) pour générer des matériaux à base de carbone « sensibles » et donc multifonctionnels pour les technologies de rupture du futur.

Référence:
Xiaoyan Zhang, Lili Hou & Paolo Samorì
Coupling carbon nanomaterials with photochromic molecules for the generation of optically responsive materials
Nature Commun. 12 avril 2016
DOI: 10.1038/ncomms11118

Contact chercheur:
Paolo Samorì, Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires – Strasbourg

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Source: CNRS-INC