Personne ne conteste que les nanotubes de carbone ont le potentiel d'être une technologie miracle :leurs propriétés incluent une conductivité thermique supérieure à celle du diamant, une plus grande résistance mécanique que l'acier – des ordres de grandeur en poids – et une meilleure conductivité électrique que le cuivre.

Mais, comme d'autres « grandes technologies du futur », sommes-nous en train d'exagérer les nanotubes ? Sont-ils près de passer le vrai test – celui d'une utilisation pratique généralisée ? La réponse est un oui qualifié. Le succès des nanotubes de carbone (CNT) est prouvé par une statistique surprenante :la capacité de production commerciale mondiale dépasse actuellement plusieurs milliers de tonnes par an, selon le Dr Michael De Volder, récemment nommé conférencier à l'Institut de fabrication du Département d'ingénierie. Mais c'est un niveau de production qui a mis une vingtaine d'années à atteindre.

"Le début de la recherche à grande échelle sur les nanotubes de carbone a été précédé dans les années 1990 par le premier rapport scientifique des NTC, bien que des nanofilaments de carbone creux aient été signalés dès les années 1950, " dit le Dr De Volder. " Cependant, L'activité commerciale liée aux nanotubes de carbone s'est considérablement développée au cours de la dernière décennie. Depuis 2006, la capacité mondiale de production de nanotubes de carbone a au moins décuplé. »

Le récent article de revue scientifique du Dr De Volder sur les applications des nanotubes de carbone disponibles dans le commerce donne une idée de l'ampleur de l'impact réel que la technologie commence à avoir [M. De Volder et al, Science 339, 2013]. Prenez des purificateurs d'eau, par exemple, la taille, la surface et les propriétés d'adsorption des nanotubes de carbone en font une membrane idéale pour filtrer les produits chimiques toxiques, sels dissous et contaminants biologiques de l'eau. La société américaine Seldon Technologies a développé le MineralWater System en utilisant sa "Technologie de purification Nanomesh" - un système de filtration à nanotubes de carbone - pour faire exactement cela. L'entreprise affirme que son système fournit de l'eau potable sans utiliser de produits chimiques, Chauffer, ou l'électricité :vitale pour une utilisation dans les pays en développement où elle est le plus nécessaire. Le filtre élimine les agents pathogènes et les contaminants tels que les virus, bactéries, kystes et spores, fournir de l'eau qui respecte ou dépasse la norme USEPA sur l'eau potable. Il est adapté pour une utilisation dans les maisons, des bureaux, écoles, cliniques, et autres environnements commerciaux, dit Seldon.

L'énorme surface des nanotubes de carbone est également exploitée lorsqu'ils sont utilisés comme électrodes dans les batteries et les condensateurs pour fournir plus de courant et une meilleure stabilité électrique et mécanique que d'autres matériaux. Les efforts mondiaux de recherche dans ce domaine ont favorisé le développement d'activités commerciales dans des entreprises telles que Showa Denko (Batteries, Japon), et FastCAP (Supercaps, NOUS). Les propriétés des nanotubes de carbone les rendent idéaux pour améliorer différents types de structures - par exemple, équipement sportif, armure de corps, Véhicules, etc., où ils sont largement utilisés. Les nanotubes créent des réseaux au sein du matériau composite, par exemple pour augmenter la rigidité et l'amortissement du matériau.

Les fabricants de sports les utilisent dans les raquettes de tennis et de badminton, et cadres de vélo. Mais alors que les nanotubes de carbone sont utilisés dans des applications pratiques, cela ne signifie pas que leur utilisation plus répandue ne sera pas sans problème.

"Il y a un certain nombre d'obstacles que nous n'avons pas encore résolus, " dit le Dr De Volder. " En particulier dans les cibles haut de gamme, comme la recherche de meilleurs transistors, la morphologie exacte du nanotube et l'orientation du réseau de graphène par rapport à l'axe du tube – appelée sa chiralité – est vraiment importante. À ce moment là, nous avons peu de capacité à synthétiser des nanotubes de carbone avec des types spécifiques de chiralité et c'est cela qui détermine les propriétés semi-conductrices par rapport à conductrices des nanotubes de carbone.

"L'une des choses intéressantes qui se passe est l'amélioration des simulations informatiques de la façon dont les nanotubes de carbone sont synthétisés, ce qui, espérons-le, nous permettra de peaufiner le processus de fabrication. Et la microscopie électronique permet d'observer les nanotubes de carbone en cours de formation, ce qui contribue à une meilleure compréhension du processus."

Le Dr De Volder lui-même travaille sur le défi de produire en masse des dispositifs comportant des centaines à des milliers de nanotubes.

"Malheureusement, quand vous les rassemblez en grand nombre, les chiffres de mérite pour leurs propriétés sont souvent décevants par rapport à ce que l'on obtient d'un nanotube de carbone individuel. J'essaie de développer des techniques pour rassembler les particules de manière plus efficace, ou en examinant de nouvelles propriétés émergentes des matériaux en fonction de la manière dont vous réunissez les nanotubes de carbone. »

Néanmoins, des progrès se produisent maintenant avec les SWNT, avec la société britannique Thomas Swan étant un leader mondial dans la fabrication de SWNT avec son matériau Elicarb, maintenant utilisé dans des domaines tels que les composites avancés, électronique, stockage d'Energie, imprimer, papier et emballages et piles à combustible.

Un autre développement récent dans les SWNT - annoncé en juin par Linde Electronics - est le développement d'une encre à nanotubes de carbone pour une utilisation dans les écrans, capteurs et autres appareils électroniques. Les applications potentielles incluent les smartphones avec un écran enroulable et un dispositif GPS transparent intégré dans le pare-brise d'une voiture.

« Linde met désormais ses encres à nanotubes à la disposition des développeurs, " dit le Dr Sian Fogden, responsable du marché et du développement technologique pour l'unité nanomatériaux de Linde. "Ces encres contiennent des nanotubes de carbone à paroi unique et sont produites sans endommager ni raccourcir les nanotubes et, par conséquent, elles préservent les propriétés uniques des nanotubes."

Linde affirme qu'il s'agit d'un développement historique qui améliore considérablement les performances des films minces conducteurs transparents fabriqués à partir des encres et ouvre la porte au développement d'applications de nanotubes de carbone non seulement dans l'électronique grand public, mais aussi les secteurs de la santé et de la fabrication de capteurs.

Parce que les nanotubes sont longs et minces, ils ont de grandes forces de van der Waals entre eux et ils restent ensemble. La façon standard de les séparer est d'utiliser des ondes sonores de haute puissance. Mais cela peut endommager les nanotubes et affecter leurs propriétés.

"Avec nos encres, nous utilisons un procédé appelé Salt Enhanced Electrostatic Repulsion (SEER) qui ne nécessite pas de sonication mais qui produit des solutions de nanotubes de carbone individuels tout en maintenant la longueur du nanotube, " dit le Dr Fogden. " Ce n'est que très récemment que des produits tels que des écrans tactiles ont commencé à être produits qui contiennent des nanotubes de carbone à paroi unique et ces dispositifs n'ont pas encore été lancés sur le marché grand public. Ce n'est que lorsque le matériau brut des nanotubes de carbone pourra être entièrement traité de manière fiable et reproductible qu'il sera utilisé à grande échelle dans l'électronique grand public. »

Un autre développement récent et intrigant dans le domaine de l'électronique et de l'informatique vient de la société américaine Nantero, qui dit commercialiser des dispositifs semi-conducteurs à base de nanotubes de carbone, y compris la mémoire, logique et autres.

"Nous avons développé la NRAM, une RAM non volatile à haute densité et l'objectif est qu'elle serve de technologie de mémoire universelle, " déclare le PDG Greg Schmergel. " La NRAM peut être fabriquée à la fois pour des applications de mémoire autonomes et embarquées et des échantillons ont déjà été expédiés à des clients sélectionnés et sont en cours de développement dans plusieurs usines cmos de production par Nantero et ses licenciés. These samples are multimegabit arrays that demonstrate high yield, high speeds, reliability and low power consumption."

Nantero claims it is the first company to actively develop semiconductor products using carbon nanotubes suitable for production in a standard cmos fab.

"The main obstacle in the past has been the fact that carbon nanotubes have not been compatible with existing semiconductor fabs, " Schmergel says. "At Nantero, we have solved that by developing a cmos compatible carbon nanotube material that can be accepted into any fab in the world and manufacturing processes compatible with existing semiconductor manufacturing equipment. So our memory and other carbon nanotube devices can be made in any cmos fab at high volumes.

Using existing processes means reliability and reproducibility is far higher." Nantero's microelectronic grade carbon nanotube material is now available commercially through licensee Brewer Science.

This could be a pointer to the longer term future, involving mainstream computing. At Stanford University recently, a team announced the first functioning computer built from carbon nanotubes. Despite featuring just 178 transistors and running at 1kHz, the computer is nevertheless 'Turing complete', meaning it can do anything today's machines can do, just much slower.

Mais, in a few years time, billions of carbon nanotubes may be on our desks and in our pockets.