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Transformer des nanotubes de carbone en fibres longues
Une nouvelle méthode d'assemblage de nanotubes de carbone a été utilisée pour créer des fibres de plusieurs centaines de mètres de long. Les nanotubes de carbone individuels sont solides, légers et conducteurs d'électricité, et pourraient être utiles, entre autres, comme fils de transmission électrique. Mais l'alignement des masses de nanotubes dans des matériaux bien ordonnés tels que les fibres s'est avéré difficile à une échelle adaptée à la fabrication. En traitant des nanotubes de carbone dans une solution appelée superacide, des chercheurs de l'Université Rice ont fabriqué de longues fibres qui pourraient être utilisées comme fils légers et efficaces pour le réseau électrique ou comme base de matériaux de structure et de textiles conducteurs.
Fibre de nanotubes : Cette fibre, qui mesure environ 40 micromètres de diamètre, est constituée de nanotubes de carbone.
D'autres ont fabriqué des fibres de nanotubes de carbone en tirant les tubes à partir de réseaux en forme de cheveux solides ou en les filant comme de la laine à la sortie d'un réacteur chimique. Le problème de partir d'un solide, déclare Rice, professeur de génie chimique Matteo Pasquali , c'est que l'alignement n'est pas spectaculaire, et ces méthodes sont difficiles à étendre. Plus les nanotubes individuels sont alignés et ordonnés dans une structure plus grande, meilleures sont les propriétés électriques et mécaniques de la structure collective. En utilisant les méthodes de Rice, des fibres de nanotubes bien alignées peuvent être fabriquées à grande échelle, projetées à partir d'une buse semblable à une pomme de douche.
La fin Lauréat du Prix Nobel Richard Smalley a lancé le projet Rice en 2001. Smalley savait que le traitement en solution serait un bon moyen d'assembler des fibres et des films de nanotubes en raison de la forme des nanotubes. Les nanotubes de carbone sont beaucoup plus longs que larges, donc lorsqu'ils sont dans une solution fluide, ils s'alignent comme des bûches flottant sur une rivière. Mais les nanotubes de carbone ne sont pas solubles dans les solvants conventionnels. Le groupe Rice a jeté les bases du traitement liquide des nanotubes il y a cinq ans, lorsqu'ils ont découvert que l'acide sulfurique mettait les nanotubes en solution en enduisant leurs surfaces d'ions chargés positivement.
Au cours des cinq dernières années, le groupe Rice a utilisé la microscopie pour étudier des solutions de nanotubes constituées de plusieurs acides différents. Il n'y a pas eu d'expérience rapide, dit Pasquali. Nous devions être très réfléchis. Nous comprenons maintenant comment fonctionne le traitement de la solution, les boutons pour contrôler les nanotubes et comment prédire ce qu'ils vont faire. Le meilleur solvant pour le traitement des tubes, selon les travaux publiés ce mois-ci dans la revue Nature Nanotechnologie , est l'acide chlorosulfonique. Les nanotubes se dissolvent spontanément dans cet acide à des concentrations 1 000 fois supérieures à celles de tout autre solvant.
Le groupe Rice a utilisé des méthodes de traitement à l'acide pour assembler des nanotubes de carbone en fibres de 50 micromètres d'épaisseur et de centaines de mètres de long. Il n'y a aucune limitation sur la longueur de la fibre, dit Pasquali. Le groupe Rice a démontré sa méthode d'assemblage avec des nanotubes de carbone monoparoi de haute qualité.
Jusqu'à présent, le groupe a fabriqué des fibres hautement conductrices mais pas aussi résistantes que d'autres matériaux carbonés. Pasquali dit que la résistance des fibres pourrait probablement être décuplée en utilisant des nanotubes de carbone plus longs. Nous travaillons actuellement sur un projet de fabrication de lignes de transmission électrique, explique Pasquali. Les nanotubes métalliques conduisent mieux l'électricité que le cuivre, ils sont plus légers et ils échouent moins souvent.
Un obstacle important à la fabrication à grande échelle de nanotubes de carbone demeure : aujourd'hui, il n'existe pas de bonnes méthodes pour fabriquer les nanotubes eux-mêmes en grands lots purs. Afin de fabriquer des lignes de transmission à nanotubes, par exemple, le groupe Rice aurait besoin de commencer avec un grand lot de nanotubes contenant tous les nanotubes métalliques et aucun semi-conducteur. Le mois dernier, des chimistes du Honda Research Institute ont publié un article dans La science décrivant une méthode de fabrication de grandes quantités de nanotubes métalliques qui, selon Pasquali, est prometteuse. Pour les lignes de transmission, vous devez fabriquer des tonnes, et il n'existe actuellement aucune méthode pour le faire, dit-il. Nous sommes à un miracle.