Agencement et propriétés

Propriétés conductrices :

Les nanotubes de carbones sont de très bons conducteurs électriques, en effet ils sont entièrement constitués d’atomes de carbone. Ces atomes peuvent former quatre liaisons avec d’autres atomes, or on remarque que chez les nanotubes, chaque carbone ne se lie que trois fois afin de former un pentagone ou un hexagone ce qui signifie qu’il y a un électron libre qui peut se déplacer dans le nanotube. Cela explique leur très bonne conductivité, plus il y a d’atomes de carbone, plus le nanotube sera conducteur. Leur enroulement et leur taille (diamètre du tube, type d’enroulement…) influe sur leur conductivité, les nanotubes mono-feuillets sont plus conducteurs que les multi-feuillets à cause des interactions de Van Der Walls entre les couches de graphène des nanotubes. Ils sont plus conducteurs que le cuivre, connu pour être un excellent conducteur.

Ces propriétés conductrices peuvent donc avoir un impact majeur sur l’électronique, Motorola a utilisé des nanotubes comme source d’électrons pour un écran plat flexible : le NED (Nanotube Electroluminescent Display ou écran nano-émissif) chaque nanotube correspondant à un pixel.

Les nanotubes sont aussi d’excellents conducteurs thermiques, ceux sont eux qui possèdent la meilleure conductivité thermique pour l’instant. Cette conductivité est due, comme la conductivité électrique, au déplacement des électrons libres dans le nanotube, ce qui crée un lien entre la conductivité électrique et thermique des nanotubes.  Leur conductivité thermique est supérieure à celle du diamant et les rends donc extrêmement résistants à la chaleur.

Cette propriété permettrait d’améliorer les propriétés de conduction thermique de certains matériaux en incorporant des nanotubes dans ces matériaux.

Propriétés mécaniques :

Les nanotubes de carbone sont uniquement constitués d’atomes de carbone qui forment donc des liaisons covalentes. Ces liaisons entre atomes de carbone sont extrêmement solides et nécessite beaucoup d’énergie pour être brisée. Les nanotubes sont donc extrêmement solides du fait de leur structure tout en restant très légers grâce à leur forme cylindrique, ils sont 200 fois plus résistants et 6 fois plus léger que l’acier et peuvent être pliés sans céder.

Plusieurs nanotubes peuvent même s’enrouler entre eux grâce à des liaisons covalentes afin de former des cordes robustes et légères. Les nanotubes multi-feuillets sont plus résistants que les mono-feuillets.

Il existe de nombreuses applications potentielles dues à ces propriétés pour les nanotubes comme par exemple les utiliser pour construire des véhicules plus solides et plus légers, pour obtenir des fibres textiles plus résistantes ou même pour consolider des constructions en les ajoutant en grand nombre dans la construction concernée. Introduire des nanotubes de carbone dans les bâtiments les rendrait plus solides grâce à la résistance des nanotubes.

Il existe même un projet de construction de câbles pour un ascenseur spatial qui permettrait une liaison entre la Terre et une station orbitale. Ce système pourrait aussi être utilisé pour accrocher des satellites à la terre grâce à la force centrifuge qui les maintiendrait en place. Cependant, ce projet ne peut être développé pour l’instant et relève plus de la science-fiction.

Mais les nanotubes sont déjà utilisés de nos jours, notamment dans les équipements sportifs comme des vélos, des clubs de golf ou des raquettes de tennis bien qu’ils soient plus cher que la moyenne. En couplant les matériaux habituels avec des nanotubes, ces équipements deviendraient plus performant et constituerait donc une grande avancée dans le monde sportif.

Raquettes en nanotubes de carbone : Elles sont 10 fois plus résistantes que les raquettes en fibres de carbone. Les nanotubes étaient déjà utilisés pour renforcer les raquettes en fibres de carbone grâce à une poudre de nanotubes, ces raquettes sont plus résistantes, plus souples et plus légères que les raquettes habituelles et donc plus demandées.

Cependant, une raquette tout en nanotube offrirait plus de rigidité et de puissance sans être plus lourde. Ces équipements sportifs restent néanmoins assez chers à cause du coût de production assez élevé. Par exemple, la raquette Organix 8 fabriquée par Völkl coute 179 euros (sur tennisleader.fr).

Propriétés chimiques :

Une des applications les plus innovantes serait d’utiliser les nanotubes de carbones pour rendre une surface imperméable. Il suffirait de les organiser en « tapis-brosse » afin d’obtenir une surface semblable à la fleur de lotus qui possède un mécanisme rassemblant l’eau en gouttelettes qui glissent sur la surface de la fleur. Une fois sur le tapis de nanotubes, la goutte d’eau ne le traverse pas car la taille de la goutte est supérieure à celle des nanotubes.

L’utilisation de films de nanotubes transparents pourrait être envisagé pour des vêtements ou sur des vitres qui deviendraient imperméables.

 

Mélanger les nanotubes de carbone aux plastiques permettrait de rendre ces plastiques plus élastiques et résistants grâce aux propriétés des nanotubes. La firme BYK développe des additifs à base de nanotubes de carbones afin de les utiliser dans différents matériaux.

Une application intéressante des nanotubes serait de les utiliser pour stocker de l’hydrogène. Des chercheurs de l’Institut de recherche des métaux de Shenyang (en Chine) ont réussis à incorporer de l’hydrogène dans des nanotubes de carbone. Cette découverte pourrait permettre le développement de piles à combustible plus petites en utilisant les nanotubes comme électrode plus résistante et plus conductrice.

 

 

 

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