PNANO - PNANO : Nanosciences et nanotechnologies

Nanofluidique dans un nanotube de carbone individuel – MIKADO

Résumé de soumission

Le but de ce projet est de caractériser expérimentalement les propriétés nanofluidiques d'un nanotube de carbone individuel. Pour réaliser cet objectif, nous nous attaquons à deux défis expérimentaux : l'intégration d'un nanotube de carbone unique dans une plateforme de mesure nanofluidique ; et la caractérisation de ses propriétés fluidiques. Pour répondre à ces défis, nous proposons tout d'abord une approche complètement originale reposant sur l'expertise de notre consortium combinant nanomanipulation de nanotube individuels et perçage d'un nanopore dans des membranes. Ce savoir-faire nous permettra d'intégrer de façon hiérarchique (des nano- aux macro- échelles) un nanotube unique dans un dispositif fluidique perme tant de mesurer ses propriétés fluidiques. Puis, nous investiguerons les propriétés fluidiques à l'échelle de ce nanotube individuel, sur la base d techniques de fluorescence de « molécules uniques », de nano-vélocimétrie, ainsi que de caractérisation du transport ionique. La résolution atteinte par ces techniques permettra une caractérisation des propriétés du nanotube unique vis à vis du transport fluidique. En parallèle, nous mènerons une étude exhaustive de ces propriétés sur la base de simulations de dynamique moléculaire.
Au-delà du formidable défi expérimental et technologique, la question scientifique sous-tendant ce travail concerne les propriétés potentiellement exceptionnelles des nanotubes de carbone du point de vue du transport des fluides. En effet deux contributions récentes ont mis en évidence une perméabilité géante des membranes constituées de nanotubes de carbone [Majumder et al. Nature 2005 ; Holt et al. Science 2006], bien au-delà de ce qui est attendu sur la base des approches usuelles, et proche des perméabilités exhibées par les pores biologiques de type aquaporine. De plus ces travaux suggèrent le caractère spécifique des nanotubes de ce point de vue. Cela soulève la question de la dynamique de l'eau dans des confinements extrêmes, et le rôle spécifique des interfaces graphitiques en tant que surfaces superlubrifiantes.
Ces résultats restent intrigants par de multiples aspects et non compris jusqu'à maintenant. Ils reposent de plus sur l'analyse de la perméabilité d'une membrane constituée d'une collection macroscopique de nanotubes de carbone. Il est donc essentiel de franchir une étape supplémentaire, au-delà de ces premiers travaux : cela passe par l'investigation d'un seul nano-objet, i.e. des propriétés de transport fluidique dans un nanotube de carbone individuel. C'est à ce prix que les propriétés de ces nanomatériaux pourront être comprises et exploitées. Un tel projet n'a pas encore été réalisé jusqu'à maintenant. Notre programme de recherche vis donc à répondre à cette question et à caractériser les propriétés de transport fluidique et ionique de l'eau dans un nanotube de carbone individuel. Par ces échanges entre investigation expérimentale, théorie et simulations moléculaires nous obtiendrons ainsi une compréhension fondamentale poussée de leurs propriétés nanofluidiques, permettant d'envisager et d'optimiser leur rôle dans les futures applications dans les domaines de l'énergie et de la désalinisation. En particulier cela nous permettra d'explorer le potentiel, a priori exceptionnel, de ces systèmes en termes de transformation d'énergie mécanique en énergie électrique.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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