Des nanotubes transformés en super fibres

Les nanotubes de carbone ont une résistance et une conductivité exceptionnelles, mais au cours des deux décennies qui ont suivi leur découverte, il s'est avéré difficile d'en faire de longs brins qui pourraient tirer parti de ces propriétés. Aujourd'hui chercheurs à l'Université Rice et à la société néerlandaise de matériaux Teijin aramide fabriquent des fibres de nanotubes filiformes qui combinent la conductivité électrique des métaux avec la résistance des composites de carbone, et sont légères, flexibles et thermoconductrices.

Carbone brillant : Cette diode électroluminescente de 46 grammes est maintenue en l'air par deux fibres de nanotubes de 24 micromètres d'épaisseur. Les fibres transportent également le courant électrique vers l'ampoule.

Teijin Aramid, basé à Arnhem, aux Pays-Bas, et l'un des principaux producteurs de fibres à haute résistance, prévoit de commercialiser les matériaux à base de nanotubes, probablement d'abord dans le câblage des avions et des satellites, et finalement dans les textiles électroniques et les implants médicaux qui résistent à la corrosion.

Les nanotubes de carbone individuels sont parmi les matériaux connus les plus résistants et les plus conducteurs. Mais la plupart des tentatives pour construire des matériaux plus gros à partir d'eux aboutissent à un désordre enchevêtré qui n'a aucune de ces propriétés. Le problème est que pour fabriquer de tels matériaux, il faut aligner les nanotubes.

En 2003, des chercheurs de l'Université Rice dirigés par Richard Smalley a fabriqué les premières fibres de nanotubes de carbone en faisant passer une suspension liquide de nanotubes dans une machine à filer des fibres du même type que celle utilisée pour fabriquer des fibres polymères commerciales comme le Kevlar et le Twaron de DuPont, fabriqué par Teijin Aramid. La justification était que les nanotubes s'écouleraient à travers le liquide et s'aligneraient les uns avec les autres comme des bûches flottant sur une rivière. Cet alignement devrait rendre la fibre plus solide et plus conductrice. Cependant, les propriétés de ces premières fibres n'étaient pas très bonnes, dit Matteo Pasquali , qui dirige maintenant le projet de fibre de nanotubes chez Rice. Alors que d'autres groupes se sont tournés vers la fabrication de feuilles et de fibres de nanotubes à partir de matériaux secs, le groupe Rice est resté fidèle à sa méthode.

À l'époque, cela ne fonctionnait pas très bien avec les nanotubes, mais Pasquali et Smalley pensaient que s'ils pouvaient améliorer le processus de filage, cela conduirait finalement à des fibres avec de meilleures propriétés que les méthodes sèches, et se prêterait à une fabrication à grande échelle comme celui fait avec des polymères.

Maintenant, cette décision a porté ses fruits, dit Pasquali. En collaboration avec Teijin Aramid, le groupe Rice a maintenant fabriqué des fibres de nanotubes de carbone qui ont davantage les propriétés des nanotubes individuels. Ils ont une conductivité électrique proche de celle du cuivre, mais sont beaucoup plus forts. Elles ne sont pas aussi solides que les fibres de carbone conventionnelles, mais elles sont beaucoup moins cassantes. Et ils sont plus thermiquement conducteurs que le métal ou la fibre de carbone. Cela signifie que les fibres de nanotubes pourraient remplacer ces matériaux dans les applications existantes dans l'aérospatiale et l'électronique, et permettre de nouvelles technologies qui tirent parti de la combinaison unique de résistance, de flexibilité et de conductivité thermique et électrique des fibres. Pasquali envisage des textiles électroniques lavables, un câblage léger pour les avions et, éventuellement, des fils plus efficaces pour le réseau électrique.

Les filaments ont une épaisseur d'environ 25 micromètres et peuvent être tissés en fils plus épais pour supporter des charges plus lourdes ou pour transporter plus de courant. Pasquali dit que le groupe peut désormais produire les matériaux de nanotubes en continu et qu'il faut quelques heures pour produire quelques centaines de mètres. Ce travail est décrit dans la revue La science .

Marcin Otto, directeur du développement commercial chez Teijin Aramid, explique que les fibres étant fabriquées à l'aide d'un processus de filage humide, elles ont de meilleures propriétés que celles fabriquées à partir de nanotubes secs. Mais, concède-t-il, Teijin Aramid devra montrer qu'il est capable de fabriquer à plus grande échelle.

Otto dit que Teijin Aramid étudie actuellement divers marchés potentiels. Une possibilité consiste à utiliser des textiles multifonctionnels légers pour vêtements intelligents qui intègrent des capteurs médicaux, des antennes et d'autres dispositifs, et peuvent survivre au stress du pliage et résister à la corrosion dans la machine à laver. Mais les premières applications sont susceptibles d'être sur des marchés tels que le câblage électrique pour l'aérospatiale et la défense, où chaque once de poids est critique. Tout d'abord, l'entreprise doit effectuer l'ingénierie et les tests nécessaires pour s'assurer que les fibres peuvent être mises à l'échelle pour fabriquer un produit fiable.

cacher