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Des chercheurs américains ont trouvé un moyen de transformer directement le carbone provenant de diverses sources en formes utiles telles que le graphène ou le diamant, grâce à un « flash » d’électricité.

Des nano-diamants produits en un temps record

Décrite pour la première fois en janvier en 2020, la technique développée par des scientifiques de l’université Rice est connue sous le nom de chauffage flash joule (FJH). Elle implique le passage d’un courant électrique à travers des matériaux contenant du carbone afin qu’ils atteignent une température d’environ 2 727 °C, ce qui entraîne la conversion du carbone en paillettes de graphène turbostratiques vierges.

Dans le cadre de travaux récemment publiés dans la revue ACS Nano, l’équipe est parvenue à affiner le procédé afin de créer d’autres matériaux recherchés. Alors que les flashs originaux duraient 10 millisecondes, les chercheurs ont découvert qu’en faisant varier cette durée jusqu’à 500 millisecondes, il était possible de « guider » le carbone afin qu’il se transforme en d’autres formes. Celles-ci incluent le nano-diamant et le « carbone concentrique », où les atomes de carbone forment une enveloppe autour d’un noyau en nano-diamant.

Des études antérieures avaient montré que le fluor aidait les atomes de carbone à s’agglutiner plus fortement, ce qui permettait de fabriquer les nano-diamants sans recourir à des pressions très élevées, se révélant habituellement nécessaires pour les obtenir. Par conséquent, des composés organiques fluorés et des précurseurs sont désormais ajoutés au mélange dès le départ pour faciliter le processus.

Image au microscope électronique de carbone concentrique — © Tour Group / Rice University

Un procédé rapide et peu onéreux

L’équipe affirme que le nouveau procédé FJH peut aider à produire ces nouvelles formes en vrac, traditionnellement difficiles à obtenir. Notamment des nano-diamants fluorés, que l’on retrouve dans les composants électroniques tels que les semi-conducteurs, mais qui doivent normalement subir un processus de dopage distinct.

« Les petits diamants sont utilisés depuis longtemps dans les outils de coupe et comme isolants électriques », explique James Tour, auteur principal de l’étude. « Les versions fluorées ici fournissent une voie vers des modifications de ces structures. Sachant qu’il existe également une forte demande de graphène. Les structures à coques concentriques ont été utilisées comme additifs pour lubrifiants, et cette méthode de flashage pourrait fournir une voie peu coûteuse et rapide vers ces formes. »

Pour l’équipe, la prochaine étape consistera à expérimenter l’utilisation d’autres additifs tels que le bore, le phosphore et l’azote.

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