Fibres filiformes créées avec un nouveau, méthode rapide à l'Université Rice sont constitués de milliards de nanotubes de carbone qui peuvent être rapidement alignés par la force de cisaillement entre les lames. Crédit :Formes complexes de fluides complexes/Université du riz
Les termes « fait main » et « high tech » ne se retrouvent pas couramment dans la même phrase, mais ils s'appliquent tous les deux à une méthode de l'Université Rice pour produire rapidement des fibres à partir de nanotubes de carbone.
La méthode développée par le laboratoire Rice du chimiste Matteo Pasquali permet aux chercheurs de réaliser de courtes longueurs de solides, fibres conductrices à partir de petits échantillons de nanotubes en vrac en une heure environ.
Le travail complète la méthode pionnière de 2013 de Pasquali pour faire tourner des bobines complètes de fibres de nanotubes filiformes pour l'aérospatiale, automobile, applications médicales et vêtements intelligents. Les fibres ressemblent à du fil de coton mais fonctionnent comme des fils métalliques et des fibres de carbone.
Cela peut prendre des grammes de matière et des semaines d'efforts pour optimiser le processus de filage des fibres continues, mais la nouvelle méthode réduit cela à la taille, même si cela nécessite un peu de traitement pratique.
Pasquali et l'auteur principal et étudiant diplômé Robby Headrick ont rapporté dans Matériaux avancés que l'alignement et la torsion des fibres ressemblant à des cheveux sont assez simples.
D'abord, Headrick fait des films. Après avoir dissous une petite quantité de nanotubes dans de l'acide, il place la solution entre deux lames de verre. Les déplacer rapidement les uns contre les autres applique une force de cisaillement qui incite les milliards de nanotubes contenus dans la solution à s'aligner. Une fois les films obtenus déposés sur le verre, il décolle des sections et les enroule en fibres.
Robby Headrick utilise un appareil construit par son père, un menuisier, qui maintient une lame stable tandis que l'autre est déplacée pour créer des forces de cisaillement qui alignent les nanotubes de carbone entre eux. Les nanotubes forment un film qui peut être pelé et enroulé à la main pour créer des nanofibres courtes à tester. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
"Le film est à l'état de gel quand je le décolle, ce qui est important pour obtenir une fibre entièrement densifiée, " a déclaré Headrick. " Vous le tordez quand il est mouillé sur toute la section transversale de la structure, et quand tu le sèches, la pression capillaire le densifie."
Headrick n'était pas satisfait de la reproductibilité de ses premières expériences et a discuté de la procédure avec son père, Robert, un menuisier amateur. L'aîné Headrick a rapidement mis au point un dispositif simple pour soutenir les glissières et contrôler le processus de cisaillement.
Les fibres de nanotubes séchées mesurent environ 7 centimètres de long; les performances électriques sont équivalentes aux fibres longues créées par la méthode de filage originale mais encore plus denses avec une résistance à la traction jusqu'à 3,5 gigapascals (GPa), mieux que les fibres filées. Les chercheurs s'attendent à ce que les nanotubes 50, 000 à 70, 000 fois plus longues que larges produiront des fibres de 35 à 40 GPa, sur la résistance d'un nanotube de carbone individuel.
« Nous pouvons traiter toutes sortes de nanotubes exactement de la même manière afin d'obtenir des structures et des propriétés de fibres optimales, " a déclaré Headrick. "Cela accélère les choses et nous permet d'explorer des nanotubes qui ne sont disponibles qu'en petites quantités."
Robby Headrick, étudiant diplômé de l'Université Rice, décolle une bande de nanotubes de carbone alignés d'une lame. La méthode du laboratoire pour fabriquer des nanotubes courts permet de gagner des semaines sur le temps nécessaire pour fabriquer des échantillons à tester. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Pasquali a déclaré que le processus reproduit l'alignement élevé des nanotubes et la densité de tassement élevée typiques des fibres produites par filage, mais à une taille suffisante pour les tests de résistance et de conductivité.
« Nous l'utilisons maintenant comme un test de laboratoire rapide pour évaluer de nouveaux matériaux et créer des propriétés cibles pour la méthode à grande échelle, " a déclaré Pasquali. "Nous saurons à l'avance ce que le matériel peut livrer, Alors que avant, nous ne pouvions qu'en déduire. Cela pourrait être particulièrement important pour les producteurs de nanotubes de carbone qui souhaitent modifier les conditions de leur réacteur pour leur donner un retour rapide ou pour un contrôle qualité, ainsi que pour tester des échantillons qui ont été triés par type métallique par rapport au type de semi-conducteur ou même par hélicité."
