Les nanotubes de carbone sont extrêmement légers, électriquement très conducteur, et plus stable que l'acier. En raison de leurs propriétés uniques, ils sont idéaux pour de nombreuses applications, y compris les batteries ultra-légères, plastiques haute performance et implants médicaux. Cependant, à ce jour, il a été difficile pour la science et l'industrie de transférer les caractéristiques extraordinaires à l'échelle nanométrique dans des applications industrielles fonctionnelles. Les nanotubes de carbone ne peuvent pas non plus être combinés de manière adéquate avec d'autres matériaux, ou ils perdent leurs propriétés bénéfiques une fois combinés. Des scientifiques du groupe de travail sur les nanomatériaux fonctionnels de l'Université de Kiel (CAU) et de l'Université de Trente ont maintenant développé une méthode alternative, avec lesquels les petits tubes peuvent être combinés avec d'autres matériaux afin qu'ils conservent leurs propriétés caractéristiques. Les résultats de la recherche sont maintenant publiés dans Communication Nature .

"Bien que les nanotubes de carbone soient flexibles comme des brins de fibres, ils sont aussi très sensibles aux changements, " a expliqué le professeur Rainer Adelung, responsable du groupe de travail Nanomatériaux Fonctionnels au CAU. "Avec les tentatives précédentes de les connecter chimiquement avec d'autres matériaux, leur structure moléculaire a également changé. Cette, cependant, ont détérioré leurs propriétés, principalement de manière drastique."

En revanche, l'approche de l'équipe de recherche de Kiel et Trento est basée sur un simple procédé d'infiltration chimique par voie humide. Les NTC sont mélangés à de l'eau et coulés goutte à goutte dans un matériau céramique extrêmement poreux à base d'oxyde de zinc, qui absorbe le liquide comme une éponge. Les NTC filiformes égouttés se fixent à l'échafaudage en céramique, et forment automatiquement une couche stable ensemble. L'échafaudage en céramique est recouvert de nanotubes. Cela a des effets fascinants, tant pour l'échafaudage que pour le revêtement de nanotubes.

D'un côté, la stabilité de l'échafaudage en céramique augmente si massivement qu'il peut en supporter 100, 000 fois son propre poids. "Avec le revêtement CNT, le matériau céramique peut contenir environ 7,5 kg, et sans elle juste 50g, comme si on l'avait équipée d'un pull moulant en nanotubes de carbone, qui fournissent un support mécanique, " a déclaré le premier auteur Fabian Schütt. " La pression sur le matériau est absorbée par la résistance à la traction du feutre CNT. Les forces de compression se transforment en forces de traction."

Le principe est comparable aux constructions en bambou très répandues en Asie. Les tiges de bambou sont liées si étroitement avec une simple corde que le matériau léger peut former un échafaudage extrêmement stable, et même des bâtiments entiers. "Nous faisons la même chose à l'échelle nano avec les fils CNT, qui s'enroulent autour du matériau céramique-seulement beaucoup, beaucoup plus petit, " a déclaré Helge Krüger, co-auteur de la publication.

Les scientifiques des matériaux ont pu démontrer un autre avantage majeur de leur procédé. Dans un deuxième temps, ils ont dissous l'échafaudage en céramique en utilisant un procédé de gravure chimique. Il ne reste plus qu'un fin réseau 3D de tubes, dont chacun se compose d'une couche de minuscules tubes CNT. De cette façon, les chercheurs ont pu augmenter considérablement la surface, et ainsi créer plus de possibilités de réactions. "Nous emballons essentiellement la surface d'un terrain de volleyball de plage entier dans un cube d'un centimètre, " a expliqué Schütt. Les énormes espaces creux à l'intérieur de la structure tridimensionnelle peuvent alors être remplis d'un polymère. Ainsi, Les NTC peuvent être reliés mécaniquement avec des plastiques, sans modifier leur structure moléculaire et donc leurs propriétés. « Nous pouvons agencer spécifiquement les NTC et fabriquer un matériau composite conducteur de l'électricité. Pour ce faire, il ne faut qu'une fraction de la quantité habituelle de NTC, pour obtenir la même conductivité, " a déclaré Schütt.

Les applications incluent la technologie des batteries et des filtres en tant que matériau de remplissage pour les plastiques conducteurs, implants pour la médecine régénérative, et des capteurs et des composants électroniques à l'échelle nanométrique. La conductivité électrique élevée du matériau résistant à la déchirure pourrait également être intéressante pour des applications électroniques flexibles, dans les vêtements fonctionnels ou dans le domaine de la technologie médicale, par exemple. "Créer un plastique qui, par exemple, stimule la croissance des cellules osseuses ou cardiaques est envisageable, " a déclaré Adelung. En raison de sa simplicité, les scientifiques conviennent que le processus pourrait également être transféré à des structures de réseau constituées d'autres nanomatériaux, ce qui élargira encore la gamme d'applications possibles.