Superman est célèbre pour fabriquer un diamant en écrasant un morceau de charbon dans sa main, mais les scientifiques de l'Université Rice emploient une tactique différente.

Les scientifiques des matériaux du riz fabriquent des nanodiamants et d'autres formes de carbone en brisant des nanotubes contre une cible à grande vitesse. Les nanodiamants ne rendront personne riche, mais le processus de leur fabrication enrichira les connaissances des ingénieurs qui conçoivent des structures qui résistent aux dommages causés par les impacts à grande vitesse.

Les diamants sont le résultat d'une étude détaillée sur la fracturation balistique de nanotubes de carbone à différentes vitesses. Les résultats ont montré que de tels impacts à haute énergie provoquaient la rupture des liaisons atomiques dans les nanotubes et parfois leur recombinaison en différentes structures.

Le travail dirigé par les laboratoires des scientifiques des matériaux Pulickel Ajayan à Rice et Douglas Galvao à l'Université d'État de Campinas, Brésil, est destiné à aider les ingénieurs aérospatiaux à concevoir des matériaux ultralégers pour les engins spatiaux et les satellites qui peuvent résister aux impacts de projectiles à grande vitesse comme les micrométéorites.

La recherche apparaît dans la revue American Chemical Society Matériaux et interfaces appliqués ACS .

Savoir comment les liaisons atomiques des nanotubes peuvent être recombinées donnera aux scientifiques des indices pour développer des matériaux légers en réarrangeant ces liaisons, a déclaré le co-auteur principal et étudiant diplômé de Rice, Sehmus Ozden.

"Les satellites et les engins spatiaux sont exposés à divers projectiles destructeurs, tels que les micrométéorites et les débris orbitaux, " dit Ozden. " Pour éviter ce genre de dégâts destructeurs, nous avons besoin de poids léger, matériaux souples aux propriétés mécaniques extraordinaires. Les nanotubes de carbone peuvent offrir une vraie solution."

Les chercheurs ont emballé des nanotubes de carbone à parois multiples dans des pastilles sphériques et les ont tirés sur une cible en aluminium dans un canon à gaz léger à deux étages à Rice, puis analysé les résultats des impacts à trois vitesses différentes.

À ce que les chercheurs considéraient comme une faible vitesse de 3,9 kilomètres par seconde, un grand nombre de nanotubes sont restés intacts. Certains ont même survécu à des impacts à plus grande vitesse de 5,2 kilomètres par seconde. Mais très peu ont été trouvés parmi les échantillons écrasés à une hypervitesse de 6,9 ​​kilomètres par seconde. Les chercheurs ont découvert que beaucoup, sinon tout, des nanotubes scindés en nanorubans, confirmant des expériences antérieures.

Co-auteur Chandra Sekhar Tiwary, un chercheur postdoctoral Rice, a noté que les quelques nanotubes et nanorubans qui ont survécu à l'impact étaient souvent soudés ensemble, comme observé dans les images au microscope électronique à transmission.

« Dans notre précédent rapport, nous avons montré que les nanotubes de carbone forment des nanorubans de graphène à l'impact hypervitesse, " a déclaré Tiwary. "Nous nous attendions à obtenir des nanostructures de carbone soudées, mais nous avons également été surpris d'observer du nanodiamant."

L'orientation des nanotubes à la fois les uns par rapport aux autres et par rapport à la cible et le nombre de parois du tube étaient aussi importants pour les structures finales que la vitesse, dit Ajayan.

« Les travaux en cours ouvrent une nouvelle façon de fabriquer des matériaux nanométriques en utilisant un impact à grande vitesse, " a déclaré le co-auteur principal Leonardo Machado de l'équipe du Brésil.