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Comment l’eau remplit un nanocanal hydrophobe…


Comment l'eau remplit un nanocanal hydrophobe…

Le comportement de l’eau dans les nanotubes de carbone, nanocanaux ultimes avec leur diamètre interne de l’ordre du nanomètre, est surprenant et donc intéressant pour les physiciens. L’eau entre spontanément dans ces nanotubes dits hydrophobes et s’y écoule presque sans frottement ! Ce phénomène pourrait présenter un intérêt considérable en termes d’applications, par exemple pour la désalinisation de l’eau par osmose inverse.

 

Le remplissage spontané des nanotubes de carbone par l’eau et la structuration en couches de l’eau dans ces nanotubes ont été largement discutés ces dernières années sur la base de simulations numériques. Une équipe de physiciens du Laboratoire de Physique des Solides d’Orsay (CNRS/Université Paris-Sud 11), en collaboration avec des collègues de l’Institut Laue Langevin (Grenoble), a déterminé pour la première fois, expérimentalement, la structure de l’eau au fil du remplissage des nanotubes. Ils ont pour cela mis au point une expérience de diffusion des rayons X in situ, dans une cellule à humidité contrôlée, pour mesurer les diagrammes de diffraction de nanotubes de diamètre 1.4nm, pendant leur remplissage. Ils ont aussi développé une méthode d’analyse systématique des diagrammes pour déterminer la quantité d’eau absorbée au fil du temps et le profil de densité radiale de l’eau correspondant. L’eau remplit d’abord les nanocanaux de manière homogène jusque 5% en masse puis se structure en trois couches. Le remplissage homogène n’avait pas été discuté à partir des simulations . De plus, résultats expérimentaux et prédictions numériques diffèrent sur certains aspects pour ce qui concerne le remplissage complet. Les résultats expérimentaux originaux obtenus motiveront donc sans doute aucun de nouvelles études théoriques et de simulations numériques. Ils devraient permettre de mieux comprendre les propriétés particulières de l’eau confinée dans un environnement hydrophobe.

 

Diagrammes de diffusion des rayons X obtenus au fil du remplissage des nanotubes par l’eau

 

Référence :

 

X-ray Scattering Determination of the Structure of Water during Carbon Nanotube Filling, E. Paineau, P.-A. Albouy, S. Rouzière, A. Orecchini, S. Rols et P. Launois, Nano Lett., 2013, 13 (4), pp 1751–1756.

 

Contacts :

 

Erwan Paineau (erwan-nicolas.paineau@u-psud.fr)

Pascale Launois (pascale.launois@u-psud.fr)