L'article de Stanford représente environ cinq années de travail d'équipe centré sur le département de génie mécanique de Stanford, y compris des expériences menées par le premier auteur Yoonjin Won, qui était alors doctorant en génie mécanique.

Elle a utilisé une variété de techniques existantes pour assembler des NTC avec différentes caractéristiques structurelles, puis mesuré la flexibilité (également appelée module) et la conductivité thermique de chaque structure pour rechercher la structure optimale.

Laissé à la nature, les atomes de carbone qui forment les NTC créeront des structures qui – si nous pouvions les voir – ressemblent à un bol de spaghetti.

Mais Won a travaillé avec des collaborateurs de l'Université de Tokyo pour créer des CNT qui ont grandi relativement droit, comme les graminées. Un certain degré d'enchevêtrement s'est toujours produit. Le contrôle précis de la croissance des CNT reste hors de portée de la science.

Néanmoins, Les expériences de Won ont montré que des NTC plus longs, grandi moins densément ensemble, semblait avoir la meilleure combinaison de flexibilité, conductivité thermique et résistance, pour une utilisation dans l'électronique et d'autres applications industrielles où une contrainte thermique est attendue.

Dans une certaine mesure, ses découvertes représentent un compromis. plus dense, les structures CNT plus courtes sont plus solides et plus efficaces pour dissiper la chaleur. Mais ils sont aussi plus enchevêtrés et plus rigides. Les résultats expérimentaux de Won ont montré qu'à mesure que les brins de CNT s'allongeaient, ils avaient tendance à se redresser et étaient moins emmêlés, ce qui a augmenté la flexibilité de la structure, mais avec quelques pertes acceptables dans les deux autres paramètres.

Parce que le but ultime de ce travail est de révéler comment optimiser les structures de NTC pour une utilisation comme matériaux de transfert thermique, l'équipe de Stanford a construit une simulation informatique du processus d'assemblage des CNT dans le but de comprendre comment les CNT se sont pliés et enchevêtrés malgré les efforts pour les faire pousser droit.

Les travaux sur la simulation ont été dirigés par Wei Cai, professeur agrégé de génie mécanique à Stanford, qui détient un rendez-vous de courtoisie en science et génie des matériaux. Les scientifiques de Stanford voulaient comprendre la manière dont les forces de van der Waals influencent la croissance des NTC.

Ces forces portent le nom du physicien néerlandais qui a le premier décrit les faibles attractions qui existent entre les molécules – des attractions qui ne pourraient pas être expliquées par d'autres forces connues telles que les liaisons chimiques qui se produisent lorsque les atomes partagent des électrons.

Cai a déclaré que même si les forces de van der Waals peuvent ne pas être critiques dans d'autres types de structures, les nanotubes de carbone sont si fins - un simple atome ou un diamètre si épais - que ces forces infimes pourraient les affecter fondamentalement.

C'est d'ailleurs ce que la simulation a montré. Imaginez un CNT essayant de pousser droit, seulement pour être plié d'un côté par l'attraction van der Waal d'un autre passage à niveau CNT près de son sommet, et peut-être plié de l'autre côté par un CNT différent qui s'approche de son fond.

Pris ensemble, les résultats expérimentaux et la simulation informatique renforcent les conclusions selon lesquelles plus longtemps, des NTC moins enchevêtrés offriraient le meilleur mélange des caractéristiques de résistance souhaitées, flexibilité et transfert de chaleur. Mais en raison des forces de van der Waals opérant sur ces tubes de carbone de l'épaisseur d'un atome, les ingénieurs vont devoir accepter certaines flexions et irrégularités alors qu'ils s'efforcent de créer des bien que moins qu'idéal, structures pour dissiper la chaleur.

"Quand vous entendez parler de nanotechnologie, il s'agit généralement de superlatifs, le plus fort ça, le plus fin, " a déclaré Goodson. " Mais nous pensons que les réponses résideront dans la recherche des bonnes combinaisons de propriétés, quelque chose qui est fort et conduit la chaleur comme un métal, mais peut aussi fléchir et se plier."