De la rosée sur mes nanotubes

Des physiciens français et américains ont découvert des billes de carbone accrochées sur des nanotubes, comme des perles de rosée sur une toile d'araignée. Elles témoignent du rôle du carbone liquide dans la croissa

Des physiciens du CNRS/Université Montpellier 2 et de l'Institut de technologies de Géorgie à Atlanta eont découvert des billes de carbone accrochées sur des nanotubes, comme des perles de rosée sur une toile d'araignée.

Elles témoignent du rôle du carbone liquide dans la croissance des nanotubes, jusqu'ici supposés se former à partir de vapeur de carbone.

Ce mécanisme, publié dans la revue Science du 11 février, rejoint ceux que l'on rencontre en métallurgie, où les cristaux se forment à partir d'un liquide.

Jusqu'à présent, tous les mécanismes invoqués pour la production de nanotubes par la méthode à arc électrique mettaient en jeu une phase vapeur : on imaginait que le carbone de l'anode se vaporisait sous l'effet de l'arc (5000°C) et venait cristalliser sur la cathode.

Dans l'étude publiée par Science, les scientifiques ont montré que le mécanisme de formation des nanotubes implique du carbone fondu. Au départ, ils ont découvert les perles par hasard. En étudiant les aiguilles au microscope électronique, ils ont constaté que ces perles sont présentes uniquement à la périphérie des aiguilles.

Les analyses de composition chimique et par diffraction ont révélé qu'il s'agissait bien de carbone pur et amorphe. En outre, les billes faisaient penser à des restes de liquide : dans la nature, lorsqu'un fil est recouvert de liquide, ce dernier forme des gouttes, comme les perles de rosée sur une toile d'araignée. De même, la condensation sur un tuyau d'arrosage produit non pas un film d'épaisseur uniforme, mais des gouttes.

Grâce à ce travail, les chercheurs ont eu l'occasion d'étudier le comportement du carbone liquide (très mal connu car il s'évapore très vite) et de voir qu'il est comparable à celui des autres liquides.

Selon le scénario qu'ils ont élaboré, les nanotubes se forment, comme la plupart des cristaux, à partir d'une phase liquide en refroidissement. L'arc électrique crée une goutte de carbone à l'anode, qui s'évapore jusqu'à ce que la pression du gaz de carbone quittant la goutte soit égale à la pression d'hélium dans le four, stabilisant ainsi le carbone liquide.

La goutte continue alors à se refroidir par convection et ses bords deviennent de plus en plus visqueux. A l'intérieur, le liquide refroidit lentement. Les nanotubes y cristallisent, en se collant les uns aux autres pour constituer une aiguille. Le carbone visqueux, qui recouvre l'aiguille de nanotubes, forme alors des billes de verre de carbone sur les nanotubes.

Franck Barnu
(source CNRS)

Pour en savoir plus
Contact chercheur : Claire Berger, berger@grenoble.cnrs.fr


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