Nanotubes—cylindres microscopiques en forme de pailles, mais juste un millième du diamètre d'un cheveu humain - ont fait l'objet de recherches intensives, avec des utilisations potentielles allant des cellules solaires aux capteurs chimiques en passant par les matériaux composites renforcés. La plupart des recherches ont porté sur les nanotubes de carbone, mais les propriétés des autres nanotubes semblent être similaires.

C'était donc assez inattendu quand Lydéric Bocquet, professeur invité au département de génie civil et environnemental du MIT, a mené des tests sur des nanotubes de carbone (CNT) et des nanotubes de nitrure de bore (BNNT) et a constaté qu'au moins en termes d'une propriété clé, friction, les deux types de tubes apparemment identiques n'étaient pas seulement différents, mais presque opposés dans leurs caractéristiques :les NTC sont si glissants qu'ils sont décrits comme ayant une forme extrême d'absence de friction, appelé superlubrification. BNNT, d'autre part, afficher un niveau de friction très élevé, une découverte totalement inattendue.

Les tests ont été réalisés dans un appareil permettant de suspendre un nanotube entre deux supports, qui peut ensuite le séparer avec une force calibrée avec précision. Les tubes - en fait un ensemble de tubes emboîtés, un peu comme un télescope à l'ancienne - finit par se briser sous la tension. Un ou plusieurs des tubes peuvent être retirés de l'intérieur des autres, comme étendre le télescope. La force nécessaire pour extraire un tube de l'autre peut alors être mesurée.

« Ce fut une grande surprise, nous avons trouvé une énorme différence de friction, " dit Bocquet. Les résultats sont décrits dans un article de la revue Matériaux naturels , co-écrit par Bocquet et quatre de ses collègues de l'Université de Lyon en France. Le travail faisait partie d'une collaboration continue, appelé MultiScale Material Science for Energy and Environment, entre le MIT et le Centre National de la Recherche Scientifique en France.

Éléments similaires, différents effets

Les composants du nitrure de bore — bore et azote — flanquent le carbone du tableau périodique, donc leurs propriétés ont tendance à être assez similaires, Bocquet fait remarquer. Bien que les BNNT aient déjà fait l'objet d'une enquête, le matériau est « moins connu que les nanotubes de carbone, " dit-il. Quand vous étudiez les deux côte à côte, il ajoute, ils sont fondamentalement les mêmes, à l'exception de leurs propriétés électriques :les NTC sont des conducteurs ou des semi-conducteurs, tandis que les BNNT sont des isolants. C'est pourquoi ce fut un choc de trouver "une énorme différence, même si structurellement ils sont essentiellement les mêmes. Il y a une différence cachée que nous ne comprenons toujours pas complètement."

On ne sait pas quelles applications pratiques la découverte pourrait avoir, Bocquet dit, mais il suggère que les tubes à friction élevée pourraient fonctionner comme une sorte de matériau absorbant les chocs. "Une grande membrane de ce matériau pourrait dissiper beaucoup d'énergie, " dit-il. Ironiquement, le matériau a longtemps été produit comme lubrifiant industriel :Apparemment, ses propriétés lubrifiantes en vrac sont très différentes de la friction intercouche observée dans les expériences de laboratoire.

Mais Bocquet voit surtout dans cette découverte une meilleure compréhension des propriétés fondamentales des matériaux. Le travail de son équipe pour manipuler les BNNT "donne beaucoup de nouveaux indices sur les propriétés des matériaux à l'échelle nanométrique, " il dit.

Des questions difficiles

Les différences entre la façon dont les matériaux se comportent en vrac et à l'échelle nanométrique « est typique du genre de questions qui se posent actuellement, " dit Bocquet, mais pourrait à terme permettre le développement de systèmes et dispositifs nanoélectromécaniques. "Vous pourriez penser à concevoir une sorte de nanoseringue, " par exemple, il dit. "En quelques sortes, la limite n'est que l'imagination."

Ério Tosatti, professeur de physique à l'École internationale des hautes études de Trieste, Italie, qui n'était pas lié à cette recherche, dit que cette recherche "montre que la structure et la géométrie ne sont pas tout ce qui compte pour la dissipation par glissement; les différences d'ionicité et de structure électronique le font aussi." Il ajoute que ce rapport "est susceptible de rester une référence par rapport à laquelle nos futures théories de la nanofriction devront être testées".

Outre Bocquet, le travail a été mené par Alessandro Siria-qui a conçu l'appareil utilisé dans l'expérience-Antoine Nigues, Pascal Vincent, et Philippe Poncharal, l'ensemble de l'Université de Lyon. Il a été soutenu par le Conseil européen de la recherche.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.