Les structures composites polymères renforcées de fibres de carbone jouent un rôle de plus en plus important dans l'aérospatiale, Infrastructure, production d'énergie, et le transport. Encore, le comportement électrique d'un composite est difficile à mesurer ou à prévoir en raison de la conductivité électrique des fibres de carbone constitutives et de la microstructure hiérarchique complexe du composite.

Dans Journal de physique appliquée , des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign rapportent la première mesure directe de la résistivité électrique transversale d'une seule fibre de carbone. Les chercheurs ont combiné une préparation d'échantillon précise avec une technique appelée méthode van der Pauw pour accomplir cette mesure difficile.

"Nos expériences confirment que les propriétés électriques mesurées transversalement à une fibre de carbone ne sont pas les mêmes que les propriétés mesurées le long de la longueur de la fibre, ", a déclaré la co-auteure Nancy Sottos.

Lorsque les fibres de carbone sont fabriquées, les fortes liaisons covalentes carbone-carbone sont alignées dans des plans parallèles à l'axe de la fibre dans le sens longitudinal. Seules de faibles liaisons de van der Waals existent entre les plans dans la direction transversale, conduisant à des propriétés dépendantes de la direction.

Les chercheurs ont utilisé une technique connue sous le nom de méthode van der Pauw pour mesurer avec précision la résistivité dans la direction transversale d'une fibre de carbone. Les mesures de résistance ont été effectuées sur une tranche de fibre de carbone découpée à l'aide d'un faisceau d'ions focalisé et connectée à des électrodes pour des mesures de résistance électrique.

"Nos résultats révèlent qu'une fibre de carbone IM7 est plus électriquement conductrice dans le sens parallèle à la longueur, " a déclaré le co-auteur Satoshi Matsuo.

Précédemment, la méthode van der Pauw a été principalement utilisée pour mesurer la résistivité de films minces ou de disques. Les chercheurs ont coupé et manipulé une tranche de fibre de carbone à l'aide d'un faisceau d'ions focalisé et d'une aiguille, un outil plus couramment utilisé pour préparer des échantillons de microscopie électronique à transmission.

Les chercheurs travaillent actuellement sur des mesures de résistance de contact électrique entre deux fibres de carbone. La résistance électrique de contact dépend de la résistivité électrique et de la surface de contact, qui varie également en fonction de l'angle auquel les deux fibres se croisent.

Prochain, ils prévoient d'examiner les mesures de résistivité électrique transversale sur différents types de fibres de carbone avec des conditions de mesure variables telles que la température environnementale.

« Ce mode opératoire peut également s'appliquer à d'autres matériaux fibreux conducteurs homogènes de diamètre de l'ordre du micron tels que la fibre polymère conductrice ou la fibre métallique, " dit Sottos.