Des scientifiques russes ont synthétisé un nouveau matériau ultra-dur composé de scandium contenant du carbone. Il se compose de molécules de fullerène polymérisées contenant des atomes de scandium et de carbone. Les travaux ouvrent la voie à de futures études sur les matériaux ultra-durs à base de fullerène, ce qui en fait un candidat potentiel pour les dispositifs photovoltaïques et optiques, les éléments de la nanoélectronique et de l’optoélectronique, et l’ingénierie biomédicale en tant qu’agents de contraste haute performance. L’étude a été publiée dans Carbone.
La découverte de nouvelles molécules entièrement carbonées connues sous le nom de fullerènes il y a près de 40 ans a été une percée révolutionnaire qui a ouvert la voie à la nanotechnologie des fullerènes. Les fullerènes ont une forme sphérique composée de pentagones et d’hexagones qui ressemble à un ballon de football, et une cavité dans le cadre en carbone des molécules de fullerène peut accueillir une variété d’atomes.
L’introduction d’atomes métalliques dans des cages de carbone conduit à la formation de métallofullerènes endohédriques (EMF), qui sont technologiquement et scientifiquement importants en raison de leurs structures uniques et de leurs propriétés optoélectroniques.
Une équipe de chercheurs du NUST MISIS, de l’Institut technologique pour les matériaux carbonés super-durs et nouveaux, et du Kirensky Institute of Physics a obtenu, pour la première fois, des champs électromagnétiques contenant du scandium et a étudié le processus de leur polymérisation. La polymérisation est le processus par lequel des molécules non liées se lient pour former un matériau polymérisé chimiquement lié. La plupart des réactions de polymérisation se déroulent à une vitesse plus rapide sous haute pression.
Une fois que les fullerènes contenant du scandium ont été obtenus à partir d’un condensat de carbone à l’aide d’un plasma à décharge en arc à haute fréquence, ils ont été placés dans une cellule à enclume en diamant, l’appareil le plus polyvalent et le plus populaire utilisé pour créer des pressions très élevées.
« Nous avons découvert que les atomes invités facilitent le processus de polymérisation. Les atomes de scandium modifient complètement le processus de liaison du fullerène par la polarisation des liaisons carbone, ce qui conduit à une augmentation de leur activité chimique. Le matériau obtenu était moins rigide que les fullerènes polymérisés vierges, il était plus facile à obtenir », a déclaré Pavel Sorokin, chercheur principal au laboratoire NUST MISIS de nanomatériaux inorganiques.
L’étude ouvrira la voie à des études sur les complexes endohédriques de fullerite en tant que matériau macroscopique et permettra de considérer les CEM non seulement comme une nanostructure d’intérêt fondamental mais aussi comme un matériau prometteur qui peut être demandé dans divers domaines de la science et de la technologie en l’avenir, pensent les chercheurs.
SV Erohin et al, Aperçus de la polymérisation du fullerène sous haute pression: Le rôle du dimère Sc endohédral, Carbone (2021). DOI : 10.1016/j.carbon.2021.12.040