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Des nanotubes qui changent de forme quand ils s’assemblent


Des nanotubes d’imogolite, de section circulaire, deviennent hexagonaux quand ils s’assemblent en faisceaux, formant un réseau en nid d’abeille. Cette déformation, mise en évidence par diffusion des rayons X, pourrait induire de nouvelles propriétés pour ces nanoobjets, avec des applications potentielles dans les domaines du stockage moléculaire, de la chimie séparative ou de la nanofluidique.

Les nanotubes représentent un système modèle pour la compréhension des phénomènes de confinement à l’échelle du nanomètre. Les recherches actuelles menées par une équipe du Laboratoire de Physique des Solides portent notamment sur les propriétés de l’eau nano-confinée, avec des applications éventuelles en termes de stockage ou de désalinisation.

Parmi les systèmes étudiés, les imogolites sont des nanotubes inorganiques d’aluminosilicate ou d’aluminogermanate de formule chimique (HO)XO3Al2(OH)3 avec X = Si ou Ge. Ils présentent un intérêt fondamental pour l’étude des propriétés de l’eau nanoconfinée, notablement différentes de celles de l’eau en volume. Ils sont hydrophiles mais on peut faire varier leurs propriétés de surface en fonctionnalisant leurs cavités internes ou externes. Ces nanotubes sont aussi considérés pour l’élaboration de nanomatériaux destinés à des applications potentielles dans les domaines de la chimie séparative, du stockage moléculaire ou de la nanofluidique.


Diagrammes de diffusion des rayons X (RX) suivant la forme et l’organisation des nanotubes d’imogolite

 

Nous avons étudié des nanotubes d’aluminogermanate, synthétisés grâce à une collaboration avec un laboratoire du CEA (LIONS). En solution, les nanotubes possèdent une section circulaire dont les rayons interne et externe, déterminés par des mesures de diffusion par rayons X, sont respectivement 1.38 et 2.03 nm. Le séchage par évaporation conduit à la formation d’une poudre de nanotubes assemblés en larges fagots dans lesquels les nanotubes sont organisés sur un réseau hexagonal bidimensionnel. Le développement d’une méthode systématique d’analyse structurale par diffusion des rayons X nous a permis de déterminer précisément la forme de ces nanotubes qui n’est plus circulaire mais hexagonale. Ce résultat original démontre le rôle majeur des interactions entre les tubes sur la forme des nanotubes d’imogolite. La forme hexagonale des nanotubes organisés en nid d’abeille devrait fortement modifier leurs propriétés physico-chimiques et mécaniques. Ce « nouveau » membre de la famille des imogolites motivera à l’avenir, parions-le, de nouvelles études expérimentales et théoriques.

 

Contacts :
Stéphan Rouzière
Pascale Launois

Référence :
Hexagonalization of Aluminogermanate Imogolite Nanotubes Organized Into Closed-Packed Bundles
Amara M. S., Rouzière S., Paineau E., Bacia-Verloop M., Thill A. and Launois P.
J. Phys. Chem. C 118, 9299–9306 (2014).