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Des chercheurs du Laboratoire de nanochimie de l'Institut de science et d'ingénierie supramoléculaires (CNRS / Université de Strasbourg) ont suivi l'interaction entre des nanomatériaux à base de carbone et des molécules sensibles à la lumière en vue de leur utilisation pour la fabrication de (nano)dispositifs intelligents. Ils pointent les résultats les plus marquants sur ces matériaux photo-sensibles et identifient les orientations futures dans ce domaine. Ces travaux sont parus dans la revue Nature Communications.
De nombreuses équipes à travers le monde s'intéressent aux fullerènes, aux "nanodots", aux nanotubes de carbone ou encore au graphène. Fonctionnalisés avec des molécules appropriées, ils acquièrent des propriétés nouvelles. Ils peuvent générer des nanomatériaux intelligents et dynamiques pouvant être contrôlés à distance (Figure). En greffant des molécules sensibles à des stimuli externes sur de tels systèmes à base de carbone (par exemple par la lumière, une pression mécanique, le pH, un champ électrique ou magnétique, etc.), les chercheurs ont montré qu'il est possible de générer des nanomatériaux de carbone "intelligents" et dynamiques pouvant être contrôlés à distance. Parmi ces différents stimuli, la lumière présente l'avantage d'offrir une haute résolution spatio-temporelle et d'être non invasive sur une large gamme de longueurs d'onde.
Vue d'ensemble des différentes voies de fonctionnalisation des nanomatériaux de carbone (de dimensionnalité 0, 1 ou 2) avec des molécules sensibles à la lumière. © Paolo Samorì
Dans cette optique, les chercheurs de l'Institut de science et d'ingénierie supramoléculaires ont mis en évidence plusieurs voies de fonctionnalisation. Ils ont notamment montré que la fonctionnalisation des nanomatériaux à base de carbone avec des molécules photochromiques pouvant subir une isomérisation réversible déclenchée par la lumière permettait au matériau de répondre à des stimuli lumineux. Les isomères du système photosensible présentent des caractéristiques nettement différentes au niveau de la molécule unique, ce qui donne lieu à une remarquable diversité de propriétés macroscopiques, c'est-à-dire au niveau de l'ensemble molécule/composé carboné. Cette démarche permet de développer des matériaux moléculaires bi- ou multifonctionnels: le système hybride présentera non seulement les caractéristiques uniques de chacun de ses composants, mais aussi de nouvelles propriétés qui peuvent potentiellement être utilisées pour des applications spécifiques.
Les chercheurs ont constaté qu'en fonctionnalisant divers nanomatériaux à base de carbone, ils pouvaient ainsi moduler un grand nombre de propriétés physico-chimiques: moment dipolaire, conductivité, transfert/séparation de charge, transport de charge, magnétisme, fluorescence, dispersibilité, morphologie, ...). Une telle faculté de modulation est essentielle pour des applications dans de nombreux domaines comme l'(opto)électronique (jonctions moléculaires, transistors à effet de champ, mémoires), le stockage d'énergie solaire thermique, la détection, l'imagerie biomédicale et la délivrance de médicaments. Ce travail donne un aperçu de la boîte à outils dont dispose le chimiste pour générer des matériaux à base de carbone "sensibles" et donc multifonctionnels pour les technologies de rupture du futur.
Référence:
Xiaoyan Zhang, Lili Hou & Paolo Samorì
Coupling carbon nanomaterials with photochromic molecules for the generation of optically responsive materials
Nature Commun. 12 avril 2016
DOI: 10.1038/ncomms11118
Contact chercheur:
Paolo Samorì, Institut de science et d'ingénierie supramoléculaires – Strasbourg
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