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Posté par Redbran le Vendredi 04/08/2017 à 00:00
Qui souhaite un sandwich au fullerène?

Graphène.
Illustration Wkimedia Commons
Au cours des dix dernières années, les matériaux bidimensionnels (2D) ont ouvert de nouveaux horizons dans le domaine de la science des matériaux. Un financement de l'UE a maintenant permis de créer une combinaison (Une combinaison peut être :) de structures pour former des sandwichs suspendus au fullerène, offrant des propriétés intéressantes pour une recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) approfondie.

Des scientifiques ont créé une nouvelle structure en encapsulant une couche unique de molécules de fullerène entre deux couches de graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.). Les résultats du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) PICOMAT, soutenu par un financement de l'UE, ont permis d'obtenir les premières images directes d'une hétérostructure 0D/2D suspendue. Celle-ci incorpore des molécules C60 entre deux couches de graphène pour former un sandwich au fullerène suspendu, comme ils l'ont révélé dans un article publié dans la revue "Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que...) Advances".

Ils déclarent avoir découvert "des îlots C60 propres et ordonnés épais d'une seule molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...), protégés du vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) du microscope par les couches de graphène." Ils ajoutent que le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée...) a été partiellement protégé des dégâts dûs au rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) au cours de 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...) par microscope électronique à balayage par transmission. Les structures obtenues contiennent de grandes zones propres d'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) atomique, ce qui permet d'étudier directement les îlots C60 grâce à la microscopie électronique à balayage (La microscopie électronique à balayage (MEB ou SEM pour Scanning Electron Microscopy en anglais) est une technique de microscopie basée sur le principe des interactions électrons-matière. Un faisceau d'électrons balaie la surface de...) par transmission (STEM).

Une nouvelle ère pour la recherche sur le 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.)

Étant l'un des éléments les plus polyvalents, le carbone occupe depuis plusieurs années une place centrale dans les sciences des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.). Il présente plusieurs allotropes de différentes dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...) mais aussi plusieurs géométries de liaison différentes, ce qui a attiré l'attention des chercheurs. En 1991, des nanotubes de carbone unidimensionnel ont suscité de l'intérêt, et en 2004 des chercheurs ont commencé à mener des expériences sur l'allotrope bidimensionnel de carbone, le graphène. Différentes combinaisons d'allotropes du carbone, comme des nanotubes de carbone remplis de fullerène (nanotubes à fullerène) et du graphite intercalé avec des fullerènes, ont été déjà été réalisées.

Ce qui rend la recherche PICOMAT (Picometer scale insight and manipulation of novel materials) intéressante, c'est qu'en créant le système fullerène-graphène, les scientifiques ont formé un nouveau matériau qui comble une lacune dans les combinaisons disponibles d'hétérostructures de carbone hybrides. Étant donné que le sandwich au graphène fournit une chambre de réaction à l'échelle nanométrique, ainsi qu'une interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour...) propre au vide du microscope, il est possible d'observer la dynamique moléculaire (Une simulation de dynamique moléculaire consiste à calculer l'évolution d'un système de particules au cours du temps. Ces simulations servent de modèles structuraux et dynamiques pour la compréhension de résultats expérimentaux.) avec le microscope électronique en transmission. Les chercheurs basés à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Vienne estiment que cela ouvrira de nouvelles voies aux scientifiques voulant étudier la façon dont sont structurées d'autres molécules, encapsulées de façon identique.

Comment faire un sandwich?

Les chercheurs ont fabriqué les sandwichs en utilisant la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) pour faire évaporer les molécules C60 sur des grilles de TEM recouvertes de graphène disponibles sur le marché. Puis ils y ont placé une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. ...) grille ( Un grille-pain est un petit appareil électroménager. Une grille écran est un élément du tube de télévision. Une grille d'arrêt est un élément du tube de...) recouverte de graphène et ont amené les deux couches en contact grâce à l'évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente de l'ébullition qui est une transition rapide. C'est un changement d'état appelé vaporisation.) d'une gouttelette de solvant. Contrairement à une simple couche de graphène, les sandwichs comportent également des monocouches de fullerène, dont les extrémités présentent un contraste d'image non-linéaire du motif de moiré ( Moiré : effet de contraste changeant avec la déformation d'un objet Moiré : commune française, située dans le département du Rhône ...) des couches de graphène suspendues.

Applications pratiques

Les chercheurs expliquent que les sandwichs au fullerène devraient avoir des propriétés hybridées qui pourraient convenir à des utilisations allant des lasers à l'échelle nanométriques aux réseaux de qubits de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule,...) et aux éléments mécaniques à l'échelle nanométrique. Par ailleurs, ils affirment que la co-intercalation de métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans...) alcalin pourrait les transformer en supraconducteurs à haute température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...).

Pour plus d'informations, voir:
- page web (Une page Web est une ressource du World Wide Web conçue pour être consultée par des visiteurs à l'aide d'un navigateur Web. Elle a une adresse Web. Techniquement, une page Web est...) du projet sur CORDIS
- Science Advances Buckyball sandwiches

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Source: CORDIS-Europa