Finalement, Kroto est retourné en Angleterre afin d'essayer de synthétiser suffisamment de carbone C₆₀ pour procéder à une analyse structurelle. C'était à la fin des années 80, à l'époque où Jonathan Hare et moi-même entamions notre doctorat de chimie. Jonathan travaillait avec Kroto sur l'isolation de la molécule C₆₀ tandis que, pour ma part, je simulais le comportement des clusters de carbone au sein du groupe de chimie théorique de John Murrell.

Solution extraite de la suie carbonée	Jonathan Hare

Après plusieurs semaines d'expériences menées sur un arc de carbone dans une cloche remplie d'hélium, nous avons pu produire de la suie qui contenait du C₆₀, et ce, en plus grande quantité que prévu. Jonathan a ensuite extrait une magnifique solution rouge à partir de la suie carbonée, contenant principalement du C₆₀.

Cependant, avant même que Harry Kroto n'ait le temps de publier les conclusions de ses recherches, il reçut un fax lui demandant de valider un article rédigé pour la revue scientifique Nature par Wolfgang Kraetschmer et Don Huffman. Cette équipe germano-américaine avait réussi à cristalliser le C₆₀ et à déterminer sa structure par rayon X. A la grande consternation de Kroto, cet article contenait les résultats qu'il espérait trouver lui-même !

La méthode de l'arc de carbone était un moyen simple pour synthétiser du C₆₀ ! Grâce à la publication de l'article de Kraetschmer et Huffman, des groupes de recherche du monde entier ont conçu des générateurs de fullerènes avec arc de carbone et se sont lancés dans l'étude de cette fascinante molécule. Même des écoles ont réussi à synthétiser du C₆₀. Des théoriciens, tels que Patrick Fowler (Exeter, Royaume-Uni), se sont interrogés sur les différents fullerènes et leur formation. J'ai contribué au débat en publiant un article dans la revue Science qui s'intitule « Auto-catalysis during Carbon Growth » (autocatalyse lors de la croissance du carbone).

Ci-dessus : Molécule C70 Cliquez sur la molécule pour l'observer sous toutes ses facettes. (module externe Chime requis) Ci-dessous : un nanotube En bas : des nanotubes visualisés via un microscope à électrons

Mais ce n'est pas tout ! En fait, il s'avère que d'autres structures en cage ont été trouvées dans la suie, comme le C₇₀, qui ressemble un peu à un ballon de rugby.

Mais, le plus intéressant est à suivre. En effet, lorsque l'alimentation de l'arc de carbone est passée du courant alternatif au courant continu, d'étranges structures tubulaires ont été trouvées sur un dépôt d'électrodes. Ces tubes sont entièrement composés de carbone et sont appelés des nanotubes, en référence à leur diamètre, qui ne mesure que quelques nanomètres. Ils ont été observés pour la première fois et signalés en 1991 par un scientifique japonais, Sumio Iijima.

Depuis, on a conçu d'autres méthodes pour produire des nanotubes de carbone, y compris par :

• électrolyse avec électrodes de graphite dans des sels fondus ;
• pyrolyse et catalyse de composés hydrocarbonés ;
• vaporisation laser du graphite.

Un nanotube à paroi simple peut être créé en roulant une feuille de graphite plate dans un cylindre. Ceci peut être réalisé de plusieurs façons, ce qui permet d'obtenir différents types de nanotubes (appelés « armchair », « zigzag » et « chiral »). Selon leur disposition, ils possèdent des propriétés électroniques différentes, certains étant proches des métaux et d'autres pouvant s'apparenter à des semi-conducteurs.

On peut également intégrer des « défauts » au tube droit qui est constitué d'atomes de carbone liés exclusivement en hexagones, en supprimant ou en ajoutant un lien de carbone. Les pentagones et heptagones résultants peuvent entraîner des déviations, des courbures, etc. Ainsi, il est possible de créer des nanotubes en forme de spirale ou d'anneau plat, des nanotubes fermés par des demi-sphères aux extrémités... qui ont tous fait l'objet d'une observation.

Ces nanotubes sont incroyablement costauds – plusieurs milliers de fois plus résistants que l'acier, en partie à cause de leur géométrie hexagonale qui permet de répartir uniformément les contraintes et les déformations, mais aussi en raison de la solidité du lien carbone-carbone ! Comme mentionné précédemment, les nanotubes possèdent des propriétés électroniques exceptionnelles. Des dispositifs électroniques simples, tels que des diodes, des commutateurs et des conducteurs ont été conçus à partir de nanotubes, qui sont beaucoup plus petits que leurs équivalents en silicone utilisés dans les nouvelles puces électroniques des ordinateurs.

Les recherches continuent afin de trouver un moyen de production fiable, sous certaines conditions définies. Lorsque nous saurons comment fabriquer ces nanotubes à grande échelle, il sera possible de les intégrer aux appareils électroniques, mais également de concevoir de nouveaux matériaux plus solides.

…partez à la découverte d'autres horizons…
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