un réseau cylindrique de molécules connues sous le nom de nanotubes de carbone - attire beaucoup l'attention des chercheurs de l'industrie ces jours-ci.

Les nanotubes de carbone (CNT) peuvent être appliqués comme additifs à divers matériaux structurels grâce à un processus appelé adsorption, lorsqu'ils sont utilisés pour modifier la surface des matériaux industriels afin d'obtenir certaines propriétés, tels que les revêtements hydrofuges pour les pare-brise d'automobiles et les revêtements hydrophiles pour les lentilles de contact. Ce potentiel a suscité l'intérêt des chercheurs de l'industrie dans de nombreux domaines, tels que les matériaux aérospatiaux/navals, produits nano-électriques, appareils optiques, capteurs chimiques, supports de catalyseur, traitements eau/gaz, transporteurs de médicaments et tissus artificiels.

Les NTC sont composés du même élément que les diamants mais avec une disposition structurelle différente, et possèdent des thermiques extraordinaires, propriétés mécaniques et électriques. Les nanotubes individuels s'alignent naturellement dans des "cordes" cylindriques maintenues ensemble par les forces de van der Waals, les forces d'attraction trouvées parmi les atomes, molécules et surfaces et causé par des corrélations dans la polarité fluctuante d'autres particules à proximité.

Sadhan C. Jana, Doctorat., professeur d'ingénierie des polymères à l'Université d'Akron (UA), a étudié les propriétés intéressantes de ces molécules en simulant ces structures microscopiques à l'aide des puissants systèmes du Ohio Supercomputer Center (OSC).

"Le plus grand obstacle à la réalisation du plein potentiel des NTC est la formation d'agglomérats due à van der Waals et aux interactions électrostatiques entre les particules individuelles de NTC, " a expliqué Jana. " Les chercheurs ont mis au point plusieurs méthodologies pour affaiblir de telles interactions. "

Deux approches principales sont suivies pour appliquer les NTC aux surfaces matérielles - la fonctionnalisation covalente et non covalente. En fonctionnalisation covalente, des liaisons chimiques se forment avec les atomes de carbone de surface, un processus qui altère souvent les caractéristiques graphitiques des NTC et compromet la conductivité électrique et la résistance mécanique de la molécule. En revanche, la fonctionnalisation non covalente utilise des molécules de liaison de conception unique, un segment moléculaire qui contribue à améliorer la stabilité des NTC en créant des « liens » entre les NTC et les chaînes polymères ou les molécules de solvant pour fournir une ténacité exceptionnelle, résistance aux chocs et résistance à la fissuration.

"Les simulations de nanocomposites polymères en solution sont des tâches gourmandes en CPU, " dit Jie Feng, un chercheur postdoctoral travaillant avec Jana à l'UA. « Dans notre approche, la résolution de simulation est augmentée pour les pièces les plus importantes, par exemple, les phénomènes au niveau ou à proximité des surfaces des nanotubes, tandis que la basse résolution est utilisée pour la simulation des parties du système, comme le mouvement des molécules de solvant.

Jana et Feng ont effectué des simulations d'adhérence des molécules de liaison sur les surfaces des matériaux et obtenu des estimations des propriétés mécaniques et de la conductivité thermique améliorées. Leurs recherches se concentrent sur l'acquisition d'une compréhension fondamentale du mécanisme de transfert physique - ou "d'adsorption" - de telles molécules de liaison à partir de solutions sur des surfaces de nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT). Les molécules de liaison peuvent comprendre des polymères, tensioactifs ou biopolymères. Les NTC traités avec les molécules de liaison peuvent être utilisés dans la fabrication de capteurs et de dispositifs ou peuvent être mélangés avec les polymères hôtes pour créer des composites polymères en vrac.

Les chercheurs d'Akron collaborent avec des expérimentateurs de deux sociétés basées dans l'Ohio, Zyvex Technologies et PolyOne Corporation, pour mener cette recherche. Les chercheurs pensent que leurs recherches fourniront à l'industrie des conseils et des explications théoriques pour aider au développement de molécules de liaison et de matériaux composites à valeur ajoutée pour l'automobile, applications de l'industrie navale et aérospatiale.

"Avec la riche histoire de fabrication de cet état, matériaux avancés est un choix naturel pour le personnel et les ressources du Ohio Supercomputer Center, " a noté Ashok Krishnamurthy, co-directeur exécutif par intérim d'OSC. « La recherche du Dr Jana sur les nanotubes de carbone est extrêmement bien adaptée à nos systèmes et a un grand potentiel pour aider à renforcer la réputation de l'industrie de l'Ohio en tant qu'industrie de pointe. »

Les systèmes OSC sont particulièrement bien adaptés aux applications de recherche industrielle. Le centre a créé le programme Blue Collar Computing™, reconnu à l'échelle internationale, en 2004 pour promouvoir l'utilisation de la superinformatique par l'industrie. Accès à une modélisation puissante, les ressources de simulation et d'analyse offrent aux entreprises un avantage concurrentiel grâce à des processus de fabrication améliorés qui peuvent réduire le temps, la main-d'œuvre et les coûts nécessaires pour mettre les produits sur le marché. Au cours de l'exercice 2011, l'industrie a consommé près de 1,5 million d'heures CPU sur le cluster phare Glenn IBM 1350 Opteron d'OSC.