(Phys.org) - Sur une base livre par livre, les fibres à base de nanotubes de carbone inventées à l'université Rice ont une plus grande capacité de transport de courant électrique que les câbles en cuivre de même masse, selon de nouvelles recherches.

Alors que les nanotubes individuels sont capables de transmettre près de 1, 000 fois plus de courant que le cuivre, les mêmes tubes fusionnés dans une fibre utilisant d'autres technologies échouent bien avant d'atteindre cette capacité.

Mais une série de tests chez Rice a montré que la fibre de nanotube de carbone filée à l'état humide battait encore facilement le cuivre, transportant jusqu'à quatre fois plus de courant qu'un fil de cuivre de même masse.

Cette, ont dit les chercheurs, fait des câbles à base de nanotubes une plate-forme idéale pour la transmission d'énergie légère dans les systèmes où le poids est un facteur important, comme les applications aérospatiales.

L'analyse menée par les professeurs de Rice Junichiro Kono et Matteo Pasquali est parue en ligne cette semaine dans le journal Matériaux fonctionnels avancés . Il y a tout juste un an, le journal Science a rapporté que le laboratoire de Pasquali, en collaboration avec des scientifiques de la firme néerlandaise Teijin Aramid, créé une fibre conductrice très résistante à partir de nanotubes de carbone.

Les câbles de transmission actuels en cuivre ou en aluminium sont lourds car leur faible résistance à la traction nécessite une armature en acier.

Les scientifiques travaillant avec des matériaux à l'échelle nanométrique ont longtemps pensé qu'il existait un meilleur moyen de déplacer l'électricité d'ici à là. Certains types de nanotubes de carbone peuvent transporter beaucoup plus d'électricité que le cuivre. Le câble idéal serait constitué de longs nanotubes métalliques "fauteuil" qui transmettraient le courant sur de grandes distances avec des pertes négligeables, mais un tel câble n'est pas réalisable car il n'est pas encore possible de fabriquer des fauteuils purs en vrac, dit Pasquali.

En attendant, le laboratoire Pasquali a créé une méthode pour filer la fibre à partir d'un mélange de types de nanotubes qui surpasse encore le cuivre. Le câble développé par Pasquali et Teijin Aramid est solide et flexible même s'il mesure 20 microns de large, c'est plus fin qu'un cheveu humain.

Pasquali se tourna vers Kono et ses collègues, dont l'auteur principal Xuan Wang, chercheur postdoctoral à Rice, quantifier les capacités de la fibre.

Pasquali a déclaré qu'il y avait eu un décalage entre les ingénieurs électriciens qui étudient la capacité de charge actuelle des conducteurs et les scientifiques des matériaux travaillant sur les nanotubes de carbone. "Cela a généré une certaine confusion dans la littérature sur les bonnes comparaisons à faire, " a-t-il dit. " Jun et Xuan ont vraiment compris comment bien faire ces mesures et comparer des pommes avec des pommes. "

Les chercheurs ont analysé la "capacité de transport de courant" (CCC) de la fibre, ou l'ampécité, avec un rig sur mesure qui leur a permis de le tester avec des câbles métalliques de même diamètre. Les câbles ont été testés en suspension à l'air libre, sous vide et dans des environnements d'azote ou d'argon.

Les câbles électriques chauffent à cause de la résistance. Lorsque la charge actuelle dépasse la capacité de sécurité du câble, ils deviennent trop chauds et cassent. Les chercheurs ont découvert que les fibres de nanotubes exposées à l'azote étaient les plus performantes, suivi de l'argon et de l'air libre, qui ont tous pu se refroidir par convection. Les mêmes fibres de nanotubes sous vide ne pouvaient se refroidir que par rayonnement et avaient le CCC le plus bas.

« Le résultat est que ces fibres ont le CCC le plus élevé jamais signalé pour toutes les fibres à base de carbone, " dit Kono. " Le cuivre a toujours une meilleure résistivité d'un ordre de grandeur, mais nous avons l'avantage que la fibre de carbone est légère. Donc, si vous divisez le CCC par la masse, nous gagnons."

Kono prévoit d'approfondir et d'explorer les aspects multifonctionnels de la fibre, y compris les applications de dispositifs optoélectroniques flexibles.

Pasquali a suggéré que les fibres filiformes sont suffisamment légères pour fournir de l'énergie aux véhicules aériens. "Supposons que vous vouliez alimenter un véhicule aérien sans pilote depuis le sol, " songea-t-il. " Tu pourrais le faire comme un cerf-volant, avec l'énergie fournie par nos fibres. J'aurais aimé que Ben Franklin soit là pour voir ça!"