(PhysOrg.com) -- Arthur a sorti une épée d'une pierre, prouver à un royaume que le droit bat la force. Les chercheurs de l'Université Rice font le même point dans le domaine nanométrique.

Dans ce cas, l'épée est un nanotube de carbone à parois multiples et la pierre est une bille d'époxy.

Savoir précisément combien de force est nécessaire pour extraire le nanotube de la bille est essentiel pour que les scientifiques des matériaux fassent progresser l'art de rendre plus fort, des composites plus légers pour tout, des articles de sport aux engins spatiaux.

Une équipe dirigée par Jun Lou, professeur assistant en génie mécanique et science des matériaux à Rice, et premier auteur Yogeeswaran Ganesan, qui a récemment obtenu son doctorat dans le laboratoire de Lou, a publié un article dans la revue Applied Materials and Interfaces de l'American Chemical Society décrivant ses travaux pour mesurer la ténacité d'interface des composites époxy renforcés de nanotubes de carbone.

Lou, Ganesan et leurs collègues ont un deuxième nouveau document en ACS Nano sur l'utilisation de la même technique pour mesurer l'effet du dopage à l'azote sur les propriétés mécaniques des nanotubes de carbone.

Les nanotubes font leur chemin dans les produits car les fabricants misent sur leur réputation de résistance et de légèreté. On peut acheter des battes de baseball, raquettes de tennis et vélos à prix élevé renforcés de nanotubes.

"Les nanotubes de carbone sont si petits (une mèche de cheveux vaut 50, 000 fois plus large) que pour les utiliser à l'échelle humaine, vous devez faire quelque chose pour les agrandir, " dit Lou.

Une telle façon est de les mélanger dans des composites, une science imparfaite qui implique beaucoup d'essais et d'erreurs car la force possible de l'interface entre chaque type de nanotube et chaque type de matériau de base n'est pas bien comprise. Lou et son équipe ont l'intention d'éliminer les conjectures avec un moyen de mesurer les propriétés importantes d'un composite avant que le premier lot ne soit mélangé.

"Vous ne voulez pas dépenser beaucoup de temps et d'argent sur un traitement chimique sophistiqué sans savoir ce qui se passe à l'interface critique, " dit Lou.

Les tests d'arrachement à fibre unique ont été utilisés depuis les premiers jours de la fabrication de composites pour mesurer non seulement la résistance d'une liaison, mais aussi quand, pourquoi et comment ça va casser. C'est difficile à l'échelle nanométrique. D'autres ont utilisé des microscopes à force atomique dans le cadre du mécanisme de traction, mais la méthode a ses limites, dit Lou.

L'équipe Rice a construit un meilleur appareil :un assemblage micromécanique push-pull sur une puce de silicium qui permet aux chercheurs de lier un nanotube à parois multiples à une couverture d'époxyde d'un côté tandis que l'autre est maintenu fermement en place avec une ancre en platine. Appuyer sur le ressort applique une force égale des deux côtés, permettant aux chercheurs de voir combien il faut pour retirer le tube de l'époxy.

L'équipe a signalé dans le premier article que les forces de liaison des nanotubes à parois multiples à un époxy à usage général appelé Epon 828 étaient en fait plus faibles que prévu. "Nous avons commencé à comprendre que l'ajout de nanotubes au matériau en vrac ne vous donne pas toujours de meilleures propriétés, ", a déclaré Lou. "Vous devez faire très attention à la façon dont vous les ajoutez et au type d'interface qu'ils forment."

Parce que les lots de nanotubes ont tendance à se coller les uns aux autres, certains fabricants fonctionnalisent leurs surfaces pour les disperser avant de les mélanger dans un matériau. "Mais cela peut perturber le mur extérieur, et c'est une mauvaise chose, " dit Lou. " Si vous faites quelque chose pour rendre les nanotubes facilement dispersibles mais diminuez leur force intrinsèque, vous vous tirez une balle dans le pied."

D'autre part, il a dit, « Si les fabricants ont besoin d'un matériau résistant qui absorbe l'énergie sans se casser, une interface plus faible n'est peut-être pas une mauvaise chose. Au cours de ce processus de retrait, il y a beaucoup de frottement à l'interface du nanotube et de la matrice, et la friction est effectivement un moyen de dissiper l'énergie."

Parfois, le produit final est meilleur si le nanotube s'étire avant de se briser. Dans l'article d'ACS Nano, l'équipe a comparé la résistance à la traction des nanotubes de carbone multiparois vierges par rapport à ceux dopés à l'azote. Ils ont trouvé que les tubes vierges ont tendance à se casser de manière cassante, tandis que les tubes dopés à l'azote présentent des signes de plasticité -- " rétrécissement " avant qu'ils ne se cassent.

Cela peut être souhaitable pour certains matériaux, dit Lou. "Vous ne construisez pas un pont en céramique. Vous le construisez en acier à cause de sa plasticité.

"Si nous pouvons développer un composite de nanotubes avec une plasticité à température ambiante, ça va être fantastique, " dit-il. " Il en trouvera beaucoup, de nombreuses utilisations."

Lou a déclaré que la technique polyvalente de Rice pour la réalisation d'expériences nanomécaniques est sur le point de trouver de nombreuses réponses longtemps recherchées. « Développer une capacité à concevoir des nanocomposites avec des propriétés mécaniques adaptées à des applications spécifiques est le Saint Graal proverbial de toute recherche structurelle sur les nanocomposites, " a déclaré Ganesan. " La technique nous rapproche un peu plus de cet objectif. "