Dans le secret des labos, il arrive que des accidents de « manipulations » permettent des découvertes impromptues. C’est le cas des structures évoquant une forêt de sapins enneigés, qui sont en réalité un réseau de micropyramides de suie, vues au microscope électronique à balayage. D’environ 5 micromètres de haut chacun, hexagonaux à la base, ils sont apparus sur un microtube de carbone suite à une fuite d’air lors d’une expérience censée se dérouler dans une atmosphère d’argon.
« Nous avons découvert cette structure intéressante par hasard », reconnaît Valeriy Luchnikov, chercheur à l’Institut des sciences des matériaux de Mulhouse (CNRS/Université de Haute-Alsace). Ces pyramides, constituées de nanoparticules de carbone multicouches, semblables à des nano-oignons de carbone, peuvent émettre un courant électrique appelé « tunnel électrique » lorsqu’elles sont soumises à un champ électrique. Cette étude, réalisée en collaboration avec Yukie Saito (Université de Tokyo), a fait l’objet d’une publication dans ACS Nano13 décembre.
Les deux scientifiques cherchaient en effet des moyens de faire croître des nanostructures, mais d’une tout autre nature. Pour leur travail, ils utilisent des microtubes de quelques centaines de micromètres de diamètre préparés en enroulant de fines couches de chitosane, un biopolymère dérivé de la chitine, principal composant de la carapace des insectes et des crustacés. Les tubes sont ensuite traités thermiquement en les chauffant lentement dans une atmosphère d’argon à 1000°C. Cela transforme le chitosane en carbone électriquement conducteur.
De l’écran plat au barrage de pollution
C’est là que commencent leurs manipulations. En faisant passer de l’électricité dans ces microtubes désormais conducteurs, ils élèvent leur température à 2 400°C. Ces micro-fours permettent ainsi de soumettre des nanoparticules insérées à l’intérieur à des températures incroyables et d’examiner leur comportement. Mais, paf, leur système fuyait, et une petite fuite d’air a tout perturbé. L’oxygène a fait brûler le carbone, mais en quantités insuffisantes, il a laissé de la suie comme résidu de combustion. Ces poussières se structurent de manière originale, formant ces pyramides à la surface externe des nanotubes.
L’expérience a été reproduite sous une atmosphère d’argon contenant des traces d’oxygène (environ 300 ppm). Le phénomène se produit au-dessus de 2300°C. Comment expliquer cette forme pyramidale ? Mystère. “C’est encore une énigme scientifique, on peut penser qu’elle est due à la force thermophorétique, causée par l’important gradient de température entre la surface du tube et son environnement”, dit Valeriy Luchnikov. Pourtant, ces pyramides de poussière peuvent être durcies en les réchauffant dans une atmosphère sans oxygène.
Il vous reste 31,09% de cet article à lire. Ce qui suit est réservé aux abonnés.
Balises : carbone structure découvert chance laboratoire accident
