Déformation induite par contrainte observée lors de l'application de la pression et après que la pression a été relâchée. Crédit :MIPT
Des chercheurs de l'Institut de physique et de technologie de Moscou (MIPT), Institut Technologique des Matériaux Superdurs et Nouveaux Carbones (TISNCM), Université d'État Lomonossov de Moscou (MSU), et l'Université nationale des sciences et de la technologie MISiS ont montré qu'un matériau ultra-résistant peut être produit en "fusionnant" des nanotubes de carbone multiparois ensemble. Les résultats de la recherche ont été publiés dans Lettres de physique appliquée .
Selon les scientifiques, un tel matériau est suffisamment solide pour supporter des conditions très dures, le rendant utile pour des applications dans l'industrie aérospatiale, entre autres.
Les auteurs de l'article ont réalisé une série d'expériences pour étudier l'effet de la haute pression sur les nanotubes de carbone multiparois (MWCNT). En outre, ils ont simulé le comportement des nanotubes dans des cellules haute pression, constatant que la contrainte de cisaillement dans les parois extérieures des MWCNT les amène à se connecter les unes aux autres en raison des réarrangements structurels sur leurs surfaces extérieures. Les nanotubes concentriques internes, cependant, conservent complètement leur structure - ils rétrécissent simplement sous la pression et reprennent leur forme une fois la pression relâchée.
La principale caractéristique de cette étude est qu'elle démontre la possibilité d'une liaison intertube covalente donnant naissance à des nanotubes multiparois interconnectés (polymérisés); ces nanotubes sont moins chers à produire que leurs homologues à simple paroi.
"Ces connexions entre les nanotubes n'affectent que la structure des parois externes, tandis que les couches internes restent intactes. Cela nous permet de conserver la durabilité remarquable des nanotubes d'origine, " déclare le professeur Mikhail Y. Popov du Département de physique moléculaire et chimique du MIPT, qui dirige le Laboratoire des nanomatériaux fonctionnels du TISNCM.
Une cellule à enclume diamant à cisaillement (SDAC) a été utilisée pour le traitement sous pression des nanotubes. Les expériences ont été réalisées à des pressions allant jusqu'à 55 GPa, qui est 500 fois la pression de l'eau au fond de la fosse des Mariannes. La cellule se compose de deux diamants, entre lesquels des échantillons d'un matériau peuvent être comprimés. Le SDAC est différent des autres types de cellules en ce qu'il peut appliquer une déformation de cisaillement contrôlée au matériau en faisant tourner l'une des enclumes. L'échantillon dans un SDAC est ainsi soumis à une pression qui a à la fois une composante hydrostatique et une composante de cisaillement. À l'aide de simulations informatiques, les scientifiques ont découvert que ces deux types de contraintes affectent la structure des tubes de différentes manières. La composante de pression hydrostatique modifie la géométrie des parois des nanotubes de manière complexe, alors que la composante de contrainte de cisaillement induit la formation de sp 3 -régions amorphes hybridées sur les parois externes, en les reliant aux tubes de carbone voisins au moyen d'une liaison covalente. Lorsque le stress est supprimé, la forme des couches internes des tubes multiparois connectés est restaurée.
Les nanotubes de carbone ont un large éventail d'applications commerciales en raison de leurs propriétés mécaniques, propriétés thermiques et conductrices. Ils sont utilisés dans les piles et accumulateurs, écrans tactiles tablettes et smartphones, cellules solaires, revêtements antistatiques, et les cadres composites en électronique.
