Les nanobobines de carbone (CNC) composées de nanofibres de carbone de forme hélicoïdale ont des applications potentielles, notamment les ressorts mécaniques et les nano-solénoïdes. Il existe des rapports qui mesurent la constante de ressort des CNC.

Cependant, la réponse CNC aux étirements prolongés, qui comprend un allongement élastique initial à une déformation à grande échelle dans le régime plastique et une rupture de traction ultérieure suivie d'une contraction post-fracture et de la libération de la contrainte appliquée, reste indéterminé. Il est crucial de sécuriser les mesures en temps réel de la déformation CNC au-delà du régime élastique linéaire.

Ici, Taiichiro Yonemura et ses collègues de l'Université de technologie de Toyohashi décrivent les données de déformation en temps réel qui présentent un changement séquentiel de la géométrie CNC après que chaque bobine a été soumise à une charge uniaxiale à un taux constant.

Les tests de traction CNC ont été menés comme suit :Les CNC ont été installées dans un système FIB avec une sonde en tungstène (W) avec un diamètre de pointe de 500 nm et la sonde W déplacée jusqu'à ce qu'elle adhère à la CNC en utilisant un faisceau d'ions Pt tandis que le faisceau d'ions Si a coupé le fond de commande numérique par ordinateur ; puis la sonde W collée par CNC s'approche d'une surface de substrat de table à ressort, jusqu'à ce que la CNC soit presque perpendiculaire au substrat. Les essais de traction ont été effectués sur neuf CNC en modifiant progressivement la distance entre le substrat et la sonde W.

Les données en temps réel d'un essai de traction CNC effectué à l'aide d'une table à ressort dans la chambre FIB ont été surveillées. Une série de trois images de microscopie ionique à balayage (SIM) permet de visualiser l'évolution géométrique de la CNC sous une charge de traction. Ces images ont été capturées à l'état libre (t =0 s), le point d'allongement maximal (t =910 s), et un état post-fracture (t =960 s).

Pour déterminer la limite élastique des CNC, nous avons examiné la relation entre la déformation appliquée et les ratios d'allongement résiduel des CNC après le relâchement de la charge. Le résultat indique que les CNC étaient dans la région élastique pour des allongements jusqu'à environ 15 % de déformation.

Essais de traction, réalisée sur neuf CNC différentes, a révélé que la constante de ressort CNC moyenne était de 1,8 N/m. En utilisant une équation théorique pour la conception de ressorts macroscopiques, les modules de cisaillement des neuf CNC ont été estimés à 6 GPa en moyenne. Ces résultats peuvent servir de jalon pour le développement d'applications CNC à l'avenir.