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Le carbone est connu pour son extraordinaire capacité à former une variété de structures aux propriétés électriques, optiques et morphologiques très variées. Dans une étude parue dans ACS Nano, des scientifiques rapportent une nouvelle organisation pyramidale de nanoparticules de suie à la surface d'un filament de carbone qui pourrait s'avérer très utile pour générer des canons à électrons ou rendre des surfaces surperhydrophobes.
Micropyramides de suie observées à la surface d'échantillons de carbonise amorphe chauffés dans une atmosphère pauvre en oxygène.
(a) Image MEB du réseau des micropyramides vu à 45° et (b) ordre hexagonal du réseau vu de dessus.
(c) Image TEM haute résolution des nanoparticules de suie qui s'auto-assemblent en micropyramide.
© Valery Luchnikov.
Outre les célèbres nanotubes, les fullerènes et le graphène, de nombreuses structures tridimensionnelles du carbone ont été découvertes comme les nano-cornes et nano-cônes de carbone, les microcristaux coniques, les moustaches de carbone, les fleurs de graphène ou le graphène vertical. Les propriétés électriques, optiques et morphologiques de ces objets de carbone ouvrent de nombreuses possibilités d'applications comme les canons à électrons, les supercondensateurs, les matériaux ultra-noirs et les revêtements superhydrophobes et/ou bactéricides.
Des scientifiques de l'Institut de science des matériaux de Mulhouse (CNRS/Université de Haute-Alsace) et de l'Université de Tokyo ont récemment observé un tout nouveau type de microstructure du carbone: des réseaux de micropyramides de suie qui apparaissent à la surface de filaments de carbone amorphe chauffés dans une atmosphère d'Argon mélangé à une petite quantité d'air. La surface des échantillons est recouverte par un réseau hexagonal de micropyramides aux sommets pointus.
L'imagerie par microscopie électronique à transmission à haute résolution révèle que les micropyramides sont constituées de nanoparticules de carbone multi-couches, assimilables à des nano-oignons de carbone. Si ces micropyramides de suie sont molles et peuvent être facilement détruites au toucher, l'équipe a montré qu'un traitement thermique à haute température permet de les durcir pour fixer cette nouvelle structure.
Lors de l'application d'un champ électrique local, chaque micropyramide de carbone stabilisée émet un courant tunnel, ce qui ouvre la possibilité de créer de nouveaux réseaux d'émetteurs d'électrons. Les scientifiques prévoient également d'étudier la formation de ces structures sur des substrats plats pour les rendre superhydrophobes. Ces résultats sont parus dans la revue ACS Nano.
Référence:
V. A. Luchnikov, Y. Saito, L. Delmotte, J. Dentzer, E. Denys, V. Malesys, L. Josien, L. Simon, S. Gree.
Self-assembly of soot nanoparticles on the surface of resistively heated carbon microtubes in near-hexagonal arrays of micropyramids
ACS Nano 2023
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04395
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