Résumé :
Une équipe de recherche de l'Université de Göteborg en Suède a annoncé avoir préparé avec succès pour la première fois un nouvel allotrope de carbone, Diamondiyne, qui n'était auparavant qu'un modèle théorique. Cette avancée signifie qu'après le diamant, le graphite, le fullerène, les nanotubes de carbone et le graphène, un nouveau membre de la famille du carbone a été ajouté.
Le carbone est connu pour ses méthodes de liaison riches et diverses, lui permettant de former une variété de structures aux propriétés très différentes. Parmi eux, le diamant est connu pour sa dureté extrêmement élevée, tandis que le graphite est doux et conducteur en raison de sa structure en couches. Depuis des décennies, les scientifiques découvrent de nouvelles structures de carbone, et Diamondiyne est la dernière à avoir été réalisée avec succès.
En fait, l'existence de Diamondiyne a été prédite pour la première fois par des chimistes théoriciens il y a 35 ans. Cependant, en raison de sa structure complexe et de ses conditions de formation difficiles, il n’a pas été confirmé expérimentalement, c’est pourquoi il a longtemps été considéré comme un matériau qui n’existe que dans les calculs théoriques.
La recherche a été dirigée par Karl Boyeson, professeur de chimie physique à l'Université de Göteborg. L’équipe de recherche a finalement construit une nouvelle structure cristalline tridimensionnelle en reliant les atomes de carbone les uns aux autres par trois liaisons. La structure est constituée d'un grand nombre d'unités tétraédriques reliées entre elles par des sommets, formant un réseau régulier dans un espace tridimensionnel.
Par rapport au diamant traditionnel, la plus grande caractéristique du Diamondiyne est l'existence de vides naturels à l'intérieur. Les chercheurs ont déclaré que la structure pourrait être comprise comme un « diamant poreux ». Comme il existe des pores entre les tétraèdres, le matériau présente des caractéristiques poreuses évidentes.
Plus important encore, la fabrication de Diamondiyne ne nécessite pas l'environnement à haute pression extrême que nécessite la formation des diamants naturels. L’équipe de recherche a utilisé un équipement expérimental relativement bon marché pour générer un film extrêmement fin à l’interface formée par le contact entre les deux liquides, et a réussi à inciter les atomes de carbone à s’organiser de la manière souhaitée.
Pour vérifier l'authenticité de la structure, les chercheurs ont collaboré avec des scientifiques de l'Université de Stockholm et de l'Université de technologie Chalmers pour analyser le matériau à l'aide de microscopes électroniques avancés. Les résultats de l'observation montrent qu'une structure de réseau répétitive hautement cohérente avec le modèle théorique s'est formée dans certaines zones de la surface du film.
L'équipe de recherche a déclaré avoir observé avec succès le motif d'arrangement répétitif unique de Diamondiyne dans une zone minuscule d'une longueur latérale d'environ 10 nanomètres. Bien que l’échelle soit encore très limitée, les images obtenues sont très cohérentes avec les prédictions théoriques, fournissant des preuves solides de l’existence de ce nouveau matériau.
Boyerson a déclaré que cet exploit a été durement gagné. Comme il existe de nombreux facteurs incertains dans le processus d’assemblage des atomes de carbone pouvant conduire à un échec, l’équipe a traversé une longue période d’exploration avant de finalement trouver la bonne méthode de préparation. Il a admis qu'il se sentait très heureux de pouvoir voir de ses propres yeux cette structure théorique devenir réalité.
Cette recherche découle en fait des recherches à long terme de l’équipe sur les matériaux à structure organique covalente. Ces dernières années, les matériaux poreux sont devenus une direction de recherche importante en science des matériaux. Les structures métallo-organiques (MOF) reconnues par le prix Nobel de chimie 2025 sont des réalisations importantes dans ce domaine, et Diamondiyne a démontré de nouvelles possibilités pour les matériaux poreux entièrement composés de carbone.
Les scientifiques estiment que même s'il reste encore un long chemin à parcourir avant la production de masse et l'application pratique, la structure poreuse tridimensionnelle unique de Diamondiyne permet à l'avenir d'être utilisée dans des domaines tels que le stockage d'énergie, les batteries, l'électrocatalyse, le stockage de gaz et les matériaux électroniques avancés.
Du diamant au graphène et maintenant, pour la première fois, Diamondiyne, le carbone continue de faire preuve d'une incroyable créativité structurelle. Les chercheurs estiment que ce résultat confirme non seulement des prédictions théoriques de longue date, mais ouvre également de nouvelles directions de recherche pour le développement de nouveaux matériaux fonctionnels.
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