Filature de nano-fils

De nombreuses technologies importantes, des électrodes de batterie et des fils supraconducteurs aux catalyseurs des piles à combustible, reposent sur des matériaux contenant des particules en poudre, qui peuvent être difficiles à gérer. Maintenant, dans un exploit qui pourrait simplifier la production de nombreuses technologies de ce type et pourrait ouvrir la voie à de nouvelles technologies radicales, des chercheurs de l'Université du Texas ont démontré un moyen de filer des nanotubes infusés de matériaux en poudre utiles.

Nano métier à tisser : Les nappes de nanotubes de carbone sont tirées et torsadées pour former des fils. Les quatre toiles ici mesurent 5,5 centimètres de large.

Les chercheurs ont utilisé cette méthode pour fabriquer des bandes de fil qui fonctionnent comme une électrode de batterie, d'autres aux propriétés supraconductrices et des fils autonettoyants.

Les poudres sont des matériaux fonctionnels très importants car elles ont une très grande surface spécifique, dit Ray Baughman , qui dirige le MacDiarmid NanoTech Institute de l'Université du Texas à Dallas. Le problème est que les poudres sans forme sont difficiles à utiliser.

Les électrodes de batterie lithium-ion, par exemple, tirent parti de la grande surface spécifique des poudres pour obtenir une plus grande densité de stockage. Mais généralement, soit les poudres doivent être maintenues ensemble par des liants qui ajoutent du poids et de la solidité, soit elles doivent être frittées ensemble en structures solides, dont les processus sont compliqués.

Baughman dit que la technologie développée par son groupe devrait faciliter le travail avec une large gamme de matériaux en poudre. Vous pouvez prendre presque n'importe quelle poudre et faire un fil à coudre, à tricoter, à nouer et à tresser, dit-il.

Les chercheurs commencent par faire pousser une forêt de nanotubes de carbone alignés verticalement dans un réacteur chimique. Ensuite, ils font glisser un rouleau sur les nanotubes, qui se séparent de la surface et s'emmêlent dans un long ruban extensible, ce qu'on appelle une toile de nanotubes. L'équipe de Baughman a découvert que ces toiles peuvent servir d'hôte pour les nanoparticules et les poudres. Les chercheurs vaporisent la surface de la toile avec la poudre, puis la tordent en un fil. La poudre est confinée à l'intérieur des spirales de la nappe de nanotubes. Lorsque vous le lavez, presque toute la poudre est retenue, dit-il. Les fils résultants peuvent être de 95 à 99 pour cent de poudre en poids.

Le groupe de Baughman a utilisé un mélange de bore et de magnésium en poudre pour fabriquer des fils supraconducteurs par un processus simple. Le procédé classique de fabrication de fils supraconducteurs consiste à conditionner les poudres dans des tubes de cuivre, à les chauffer et à les étirer des dizaines de fois pour les étirer en fils. Mais les fils supraconducteurs ne sont chauffés qu'une seule fois pour recuire les poudres et former un fil supraconducteur.

Les poudres conservent les propriétés qui les rendent si utiles, dit Matteo Pasquali , professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'Université Rice, qui n'a pas participé aux travaux. La méthode de Baughman consiste essentiellement à transformer les particules en fibres, dit-il. Les produits chimiques peuvent facilement entrer et sortir des nanotubes clairsemés et interagir avec la surface des particules piégées à l'intérieur.

Pasquali dirige un projet chez Rice visant à fabriquer des fibres de nanotubes de carbone très denses et donc très résistantes et conductrices. Ces fibres de nanotubes pures pourraient éventuellement être utilisées comme câbles de transmission électrique à faibles pertes ou dans des matériaux de structure ultra-résistants. Une fois que vous avez une fibre, vous pouvez la tisser, la mettre dans un polymère [comme la fibre de verre] ou fabriquer un tissu, explique Pasquali, qui note que le traitement des textiles est relativement peu coûteux.

L'équipe de Baughman a fabriqué un tissu d'électrode de batterie en utilisant des poudres de lithium-fer-phosphate. Le tissu est composé à près de 99% de matière active, il pourrait donc être utilisé pour fabriquer des batteries légères.

Et bien sûr, une fois que quelque chose peut être transformé en un tissu, il peut aussi être porté.

Yi Cui , professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de Stanford, développe également des dispositifs de stockage d'énergie à base de textile. Il pense que les alimentations portables pourraient un jour alimenter les gadgets du quotidien. Les qualités importantes sont le coût, le poids et la capacité de se charger et de se décharger rapidement, et les électrodes textiles semblent être idéales à ces égards. Mais il est peu probable qu'ils s'adaptent bien aux applications qui nécessitent une capacité totale de stockage d'énergie élevée, comme les batteries pour voitures électriques.

Les chercheurs de l'Université du Texas prévoient de mener le projet dans plusieurs directions. En plus de tester différentes poudres, ils expérimentent différentes manières de les déposer.

Un jour, les fils pourraient être utilisés pour produire de grandes quantités de matériaux pour la fabrication de structures. À l'heure actuelle, il est plus judicieux de parler de batteries, pas d'ailes d'avion, en raison du tonnage [de matériaux] requis, explique Baughman. Son groupe travaille avec quelques entreprises pour développer davantage les fils, y compris le fabricant de produits chimiques Lintech et fabricant de textiles de nanotubes de carbone Nanocomp .

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