Nanotube inorganique - Inorganic nanotube
Un nanotube inorganique est une molécule cylindrique souvent composée d' oxydes métalliques ou de nitrures du groupe III et morphologiquement similaire à un nanotube de carbone . Des nanotubes inorganiques ont été observés à l'état naturel dans certains gisements minéraux.
Quelques années après que Linus Pauling ait mentionné la possibilité de couches incurvées dans les minéraux dès 1930, certains minéraux tels que l'amiante blanc (ou le chrysotile) et l'imogolite ont en fait une structure tubulaire. Cependant, les premiers nanotubes inorganiques synthétiques ne sont pas apparus avant Reshef Tenne et al. ont rapporté la synthèse de nanotubes composés de bisulfure de tungstène (WS 2 ) en 1992.
Dans les années qui ont suivi, des nanotubes ont été synthétisés à partir de nombreux matériaux inorganiques, tels que l' oxyde de vanadium et l' oxyde de manganèse , et font l'objet de recherches pour des applications telles que les catalyseurs redox et les matériaux cathodiques pour batteries.
Histoire et occurrence
Les nanotubes inorganiques sont morphologiquement similaires aux nanotubes de carbone et sont observés dans certains gisements minéraux d'origine naturelle. Des structures synthétiques de ce type ont été signalées pour la première fois par le groupe de Reshef Tenne en 1992.
Matériaux
Les matériaux de nanotubes inorganiques typiques sont des solides en couches 2D tels que le sulfure de tungstène (IV) (WS 2 ), le bisulfure de molybdène (MoS 2 ) et le sulfure d'étain (IV) (SnS 2 ). Des nanotubes WS 2 et SnS 2 / sulfure d'étain(II) (SnS) ont été synthétisés en quantités macroscopiques. Cependant, les céramiques traditionnelles comme le dioxyde de titane (TiO 2 ), le dioxyde de zirconium (ZrO 2 ) et l'oxyde de zinc (ZnO) forment également des nanotubes inorganiques. Les matériaux nanotubes et nanofils les plus récents sont les métaux de transition / chalcogène / halogénures (TMCH), décrits par la formule TM 6 C y H z , où TM est le métal de transition ( molybdène , tungstène , tantale , niobium ), C est le chalcogène ( soufre , sélénium , tellure), H est un halogène ( iode ), et la composition est donnée par 8.2<(y+z)<10. Les tubes TMCH peuvent avoir un diamètre inférieur au nanomètre, des longueurs réglables de centaines de nanomètres à des dizaines de micromètres et présentent une excellente dispersivité en raison d'un couplage mécanique extrêmement faible entre les tubes.
En 2007, des scientifiques chinois ont annoncé la création en laboratoire de nanotubes de cuivre et de bismuth .
Propriétés et applications potentielles
Les nanotubes inorganiques sont un matériau alternatif aux nanotubes de carbone mieux explorés, présentant des avantages tels qu'un accès synthétique facile et une cristallinité élevée , une bonne uniformité et dispersion , une conductivité électrique prédéfinie en fonction de la composition du matériau de départ et une morphologie en forme d'aiguille, une bonne adhérence à un nombre de polymères et haute résistance aux chocs. Ils sont donc des candidats prometteurs en tant que charges pour composites polymères aux propriétés thermiques, mécaniques et électriques améliorées. Les applications cibles de ce type de composites sont les matériaux de gestion de la chaleur, les dissipateurs électrostatiques, les matériaux de protection contre l' usure , les éléments photovoltaïques , etc. Les nanotubes inorganiques sont plus lourds que les nanotubes de carbone et moins résistants à la traction , mais ils sont particulièrement résistants à la compression, ce qui applications potentielles dans les applications résistantes aux chocs telles que les gilets pare-balles .
La résistance mécanique des fibres de cellulose peut être augmentée d'un ordre de grandeur en ajoutant seulement 0,1% en poids de nanotubes TMCH, et les mesures de conductivité électrique de polycaprolactone dopée avec des nanotubes TMCH ont révélé un comportement percolatif avec un seuil de percolation extrêmement bas . L'ajout de nanotubes WS 2 à la résine époxy a amélioré l' adhérence , la résistance à la rupture et le taux de libération d'énergie de déformation. L'usure de l'époxyde renforcé de nanotubes était huit fois inférieure à celle de l'époxy pur. Des nanotubes WS 2 ont également été intégrés dans une matrice de nanofibres de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) par électrofilage. Les nanotubes étaient bien dispersés et alignés le long de l'axe des fibres. La rigidité et la ténacité améliorées des mailles de fibres de PMMA au moyen de l'ajout de nanotubes inorganiques peuvent avoir des applications potentielles en tant que matériaux absorbant les chocs.
Les propriétés optiques des hybrides semi-conducteurs à points quantiques et nanotubes inorganiques révèlent un transfert d'énergie de résonance efficace de la boîte quantique aux nanotubes inorganiques lors de la photoexcitation. Les nanodispositifs basés sur des nanomatériaux unidimensionnels sont pensés pour les systèmes électroniques et photoélectroniques de nouvelle génération ayant une petite taille, une vitesse de transport plus rapide, une efficacité plus élevée et une consommation d'énergie moindre. Un photodétecteur à grande vitesse pour la lumière visible et proche infrarouge basé sur des nanotubes WS 2 individuels a été préparé en laboratoire. Les nanotubes inorganiques sont creux et peuvent être remplis d'un autre matériau, pour le conserver ou le guider vers un emplacement souhaité ou générer de nouvelles propriétés dans le matériau de remplissage qui est confiné dans un diamètre à l'échelle nanométrique. À cet effet, des hybrides de nanotubes inorganiques ont été fabriqués en remplissant des nanotubes WS 2 avec du sel fondu de plomb, d'antimoine ou d'iodure de bismuth par un processus de mouillage capillaire, résultant en PbI 2 @WS 2 , SbI 3 @WS 2 ou BiI 3 @WS 2 core– nanotubes en coquille.
Applications biomédicales
Les nanotubes de bisulfure de tungstène ont été étudiés en tant qu'agents de renforcement pour améliorer les propriétés mécaniques des nanocomposites polymères biodégradables pour des applications d'ingénierie tissulaire osseuse. L'ajout d'environ 0,02 % en poids de nanotubes de bisulfure de tungstène a amélioré de manière significative les propriétés mécaniques de compression et de flexion des nanocomposites de poly(fumarate de propylène), supérieures à celles des nanotubes de carbone. Cela a été attribué à une dispersion accrue des nanotubes de disulfure de tungstène dans la matrice polymère permettant un transfert de charge efficace de la matrice à la nanostructure sous-jacente.