Les fullerènes représentent une nouvelle famille de molécules constituées par un assemblage d'atomes de carbone. Le premier fullerène, comportant 60 atomes de carbone (C60), a été mis en évidence en 1985 par Harold Kroto, Robert Curl et Richard Smalley, qui, pour cette découverte, ont reçu le prix Nobel de chimie en 1996. Ainsi s'est ouvert un nouveau champ de recherche, un nouveau chapitre de la chimie du carbone.
La molécule C60 pourrait bien être l'unité de base de la chimie de demain comme l'a été, à la fin du xixe siècle, la molécule de benzène (C6H6), aujourd'hui à l'origine d'une grande partie des matériaux de notre société moderne. Les dimensions nanométriques des fullerènes les prédisposent à devenir aussi les composants électroniques des nanotechnologies du xxie siècle.
1. De nouvelles formes de carbone
Jusqu'en 1985, on ne connaissait que des formes non moléculaires du carbone pur : celles du graphite et du diamant. Le graphite est constitué d'un nombre indéterminé d'atomes de carbone assemblés suivant des plans (les graphènes) tous parallèles. Dans un fullerène (comportant un nombre déterminé d'atomes de carbone), les carbones, qui sont tous reliés à trois carbones voisins (comme dans le graphite), forment non plus des surfaces planes, mais une cage fermée. Le premier fullerène observé, la molécule C60, a une forme sphérique, sa structure ressemblant à celle d'un ballon de football comportant vingt hexagones et douze pentagones (il a d'ailleurs aussi été appelé footballène). La molécule C60 présente donc 32 facettes, 60 sommets et 90 arêtes d'une longueur de 0,14 nm (longueur de la liaison carbone-carbone), formant ainsi une sphère d'un diamètre de 0,7 nm. Tous les sommets sont communs à deux hexagones et à un pentagone et donc équivalents. Cette situation donne au C60 un très haut degré de symétrie, qui se traduit dans certains de ses comportements : facilité à tourner sur lui-même, isotropie des propriétés, grande résistance à la compression. Rappelons que le terme fullerène fait référence aux o […]
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