Propriétés inédites des nano-objets

S'il existe dans le champ des nanosciences de nombreux travaux de recherche qui sont le prolongement de travaux plus anciens, il en est d'autres qui reposent spécifiquement sur la découverte récente de propriétés inédites de la matière à l'échelle nanométrique. En voici quelques exemples marquants.

Illustration parfaite d'un changement radical de propriété : les nanoparticules d'or

L'or est connu pour être inerte sous sa forme habituelle. C'est ce qui en fait tout l'intérêt en bijouterie : il ne s'oxyde pas, donc ne se ternit pas. A l'échelle nanoscopique, des changements importants apparaissent. Tout d'abord, sous forme de nanoparticules, l'or s'avère être catalyseur. Par exemple, fixé sur un support d'oxyde, il catalyse la réaction d'oxydation du CO (monoxyde de carbone) en CO2 (dioxyde de carbone) à température ambiante. Ses caractéristiques optiques différent aussi : pour des nanoparticules inférieures à 10 nm, il peut apparaître violet, rouge, vert ou bleu, selon la taille et la forme des particules.

Pour en savoir plus, lire ce communiqué de presse du CNRS du 19 décembre 2006 : Nanosciences : la ruée vers l'or [2].

Le carbone, de la suie aux nanotubes

Le carbone pur existe dans la nature sous plusieurs formes très différentes. Chacune d'elles possèdent des propriétés multiples qui se traduisent par autant d'usages possibles. Le diamant doit son succès en joaillerie à son extraordinaire dureté et à ses propriétés optiques. Il est aussi utilisé comme outil de coupe (forages pétroliers, ophtalmologie), électrode en chimie... Le graphite, qui constitue notamment la mine des crayons à papier, se présente sous la forme d'un matériau friable. On l'utilise aussi comme lubrifiant (huiles graphitées). Sa grande stabilité, même à des fortes températures, explique aussi son usage dans les freins à disque... Troisième forme : le noir de carbone. C'est par exemple la trace noire que l'on obtient lorsqu'on approche une paroi froide de la flamme jaune (combustion incomplète) d'une bougie. Produit industriellement, il a de nombreux usages : comme pigment (encres), comme agent de renforcement (pneus, semelles de chaussure), comme isolant de la lumière (dans certains emballages)...

Dans ces différents cas de figure, la façon dont les atomes de carbone sont liés entre eux est déterminante. Dans le diamant, les atomes de carbone et leurs liaisons chimiques forment un réseau à trois dimensions qui lui confère sa grande solidité. Le graphite présente un agencement des atomes en plans superposés qui peuvent glisser les uns contre les autres et se détachent assez facilement. Le noir de carbone quant à lui est composé de particules plus ou moins agrégées. On sait depuis 1985 que ces molécules ont une forme sphérique (plus exactement polyèdrique). Elles sont appelées fullerènes.

En 1991, en synthèsant des fullerènes, des chercheurs ont découvert une autre organisation des atomes de carbone : les nanotubes. Si le carbone est utilisé depuis la nuit des temps, les nanotubes de carbone pourraient à eux seuls représenter plus d'applications que toutes les autres formes cristallines du carbone réunies. Ils présentent en effet des caractéristiques mécaniques, électriques, optiques, thermiques, chimiques... qui intéressent fortement les industriels. L'industrie automobile par exemple a déjà commencé de les utiliser pour ses pièces de carrosserie car ils sont deux cent fois plus résistants et six fois plus légers que l'acier. L'électonique et l'informatique qui consomment plusieurs milliards de transistors par an pourront un jour les remplacer par des nanotubes (un seul nanotube jouant le rôle du transistor). La cavité du nanotube servira très certainement de réservoir pour divers usages. En médecine par exemple, le nanotube contenant un médicament pourra le conduire jusqu'aux cellules cible...

De l'eau haute densité

On a découvert que l'eau sous forme de couches nanométriques est plus dense et commence à fondre à moins 17 degrés...

Pour en savoir plus, lire : Un état de l'eau de haute densité [4].