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Posté par Michel le Mardi 24/04/2012 à 00:00
Des nano-fibres plastiques conductrices "autoformées"
Deux équipes du CNRS et de l'Université de Strasbourg, menées par Nicolas Giuseppone (1) et Bernard Doudin (2), ont réussi à fabriquer des fibres plastiques fortement conductrices, de quelques nanomètres d'épaisseur. Ces nano-fils, qui font l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) d'un brevet déposé par le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), se construisent "tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) seuls" sous la seule action d'un flash lumineux ! Peu coûteux à obtenir et faciles à manipuler contrairement 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...) (3), ils allient les avantages des deux matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) utilisés à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et...) pour conduire le courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au...): les métaux et les polymères organiques plastiques (4). En effet, leurs remarquables propriétés électriques sont proches de celles des métaux. De plus, ils sont légers et souples comme les plastiques. De quoi relever l'un des plus importants défis de l'électronique du 21e siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois (d'où...): miniaturiser ses composants jusqu'à l'échelle nanométrique. Ces travaux ont été publiés le 22 avril 2012 dans l'édition en ligne avancée de la revue Nature Chemistry. Prochaine étape: démontrer que ces fibres peuvent être intégrées industriellement dans des appareils électroniques comme les écrans souples, les cellules solaires, etc.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) établie à partir d'une image réelle de microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments...) à force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les...) atomique (AFM) montrant des fibres supramoléculaires conductrices piégées entre deux électrodes d'or séparées par une distance de 100 nm. Chaque fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) plastique est composée de plusieurs fibrilles, et capable de transporter les charges électriques avec la même efficacité qu'un 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 le cas des métaux alcalins. Les métaux sont un des...).
© Réalisation graphique M. Maaloum, ICS (CNRS).

Lors de précédents travaux publiés en 2010 (5), Nicolas Giuseppone et ses collègues étaient parvenus à obtenir pour la première fois des nano-fils. Pour ce faire, ils avaient modifié chimiquement des molécules de synthèse utilisées depuis plusieurs dizaines d'années dans l'industrie pour le processus de photocopie Xerox®: les "triarylamines". A leur grande surprise, ils avaient observé qu'à la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à...) et en solution, leurs nouvelles molécules s'empilaient spontanément de manière régulière pour former des fibres miniatures. Ces fils longs de quelques centaines de nanomètres (1 nm = 10^-9 m, soit un milliardième de mètre), sont constitués par l'assemblage dit "supramoléculaire" de plusieurs milliers de molécules.

Les chercheurs ont ensuite étudié en détail, en collaboration avec l'équipe de Bernard Doudin, les propriétés électriques de leurs nano-fibres. Cette fois-ci, ils ont mis leurs molécules en contact avec un microcircuit électronique comportant des électrodes en or séparées de 100 nm. Puis ils ont appliqué un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules chargées...) entre celles-ci.

Premier résultat important: sous l'action d'un flash lumineux, les fibres se construisent uniquement entre les électrodes. 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. La seconde d'arc est une mesure...) donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.) surprenante: ces structures aussi légères et flexibles que les plastiques se sont révélées capables de transporter des densités de courant extraordinaires, supérieures à 2.10^6 Ampère (Ampère peut désigner :) par centimètre (Un centimètre (symbole cm) vaut 10-2 = 0,01 mètre.) carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même mesure. Un carré est...) (A.cm-2), approchant celles des fils de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses surfaces...). Cela, avec des résistances d'interfaces avec les métaux (6) très faibles: 10 000 fois inférieures à celle des meilleurs polymères organiques actuels.

Désormais, l'objectif des chercheurs est de démontrer que leurs fibres peuvent être intégrées industriellement dans des appareils électroniques miniaturisés tels que les écrans souples, cellules solaires, transistors, nano-circuits imprimés, etc.


Image réelle de microscopie à force atomique (AFM) montrant une fibre supramoléculaire conductrice composée elle-même de plusieurs fibrilles. Chaque grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement accompagné de précipitations. Il se produit généralement au passage d'une...) correspond à une 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...) (l'image fait 50 nm de hauteur).
© M. Maaloum, ICS (CNRS).


Notes:

(1) 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...) Charles Sadron (CNRS).

(2) Institut de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) et chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces...) des matériaux de Strasbourg (CNRS / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) de Strasbourg).

(3) Tubes creux en carbone d'un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de...) de l'ordre du nanomètre (1 nm = 10^-9 m), dotés de propriétés électriques, mécaniques et thermiques remarquables laissant entrevoir de nombreuses applications dans le domaine de la microélectronique.

(4) Très grandes molécules organiques, c'est-à-dire d'origine pétrolière ou vivante, et contenant principalement du carbone et de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.).

(5) The Hierarchical Self-Assembly of 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 non pécuniaire pour...) Nanocarriers: A Highly Cooperative Process Promoted by Visible Light ; Giuseppone, N. et co. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6974-78

(6) Grandeur caractérisant la "force" avec laquelle le conducteur s'oppose au passage du courant.


Référence:

Light-triggered Self-construction of Supramolecular Organic Nanowires as Metallic Interconnects. Vina Faramarzi, Frédéric Niess, Emilie Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie, une machine à broyer, piler, pulvériser diverses...), Mounir Maaloum, Jean-François Dayen, Jean-Baptiste Beaufrand, Silvia Zanettini, Bernard Doudin, and Nicolas Giuseppone. Nature Chemistry, En ligne le 22 avril 2012 (DOI: 10.1038/NCHEM.1332)


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Source: CNRS
 
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