Quatre états continus de (a) poudres de nanotubes de carbone dans un solvant à base de crésol :(b) une dispersion diluée pour couler des films minces, (c) une pâte épaisse pour le revêtement d'aubage, La peinture, sérigraphie ou fabrication de composites, (d) un gel autoportant pour l'impression 3D, et enfin (e) une pâte malléable qui peut être facilement transformée en diverses formes. Crédit :Jiaxing Huang Group, Université du nord-ouest
Jiaxing Huang de la Northwestern University est prêt à relancer la recherche sur les nanotubes de carbone. Et il le fait avec un produit chimique commun qui était autrefois utilisé dans les nettoyants ménagers.
En utilisant un bon marché, déjà produit en série, solvant simple appelé crésol, Huang a découvert un moyen de disperser des nanotubes de carbone à des concentrations sans précédent sans avoir besoin d'additifs ou de réactions chimiques sévères pour modifier les nanotubes. Dans une tournure surprenante, Huang a également découvert qu'à mesure que les concentrations de nanotubes augmentent, le matériau passe d'une dispersion diluée à une pâte épaisse, puis un gel autoportant et enfin une pâte malléable qui peut être façonnée et moulée.
L'étude a été publiée en ligne le 14 mai dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .
« En raison de leur mécanique exceptionnelle, propriétés thermiques et électriques, les nanotubes de carbone ont attiré beaucoup d'attention pour un certain nombre d'applications, " dit Huang, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering de Northwestern. "Mais après des décennies de recherche et développement, une partie de l'excitation s'est estompée."
La raison? Les nanotubes de carbone sont notoirement difficiles à traiter, surtout en grande quantité. Environ 10, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain, le filigrane, On dit que les structures en forme de tube sont plus solides que l'acier et conduisent la chaleur et l'électricité bien mieux que le cuivre. Mais lorsqu'ils sont produits en masse, généralement sous forme de poudres, les tubes se tordent et s'agglutinent. Cette complication est un obstacle majeur aux applications généralisées du matériau.
La pâte à base de nanotubes de carbone peut être transformée en formes arbitraires, comme une bande autoportante par laminage à froid. Crédit :Jiaxing Huang Group, Université du nord-ouest
"Les tubes agrégés sont difficiles à disperser dans les solvants, " dit Huang. " Et si vous ne pouvez pas obtenir une bonne dispersion, alors vous ne serez pas en mesure de fabriquer des films minces de nanotubes de haute qualité sur lesquels reposent de nombreuses applications."
Afin de contourner ce problème, les chercheurs précédents ont utilisé des additifs pour enrober les nanotubes, ce qui altère chimiquement leurs surfaces et les oblige à se séparer. Bien que ces méthodes fonctionnent, ils laissent des résidus ou altèrent les structures de surface des nanotubes, ce qui peut émousser leurs propriétés souhaitables.
Par contre, L'équipe de Huang a découvert que le crésol ne détériore pas les fonctions de surface des nanotubes de carbone. Et, après avoir séparé les tubes enchevêtrés, les chercheurs peuvent simplement éliminer le produit chimique en le lavant ou en le chauffant jusqu'à ce qu'il s'évapore.
La pâte à base de nanotubes de carbone peut être transformée en formes arbitraires définies par un moule. Crédit :Jiaxing Huang Group, Université du nord-ouest
Trouver des pétrissages inattendus
Après avoir débloqué une nouvelle façon de fabriquer des nanotubes de carbone à des concentrations de plus en plus élevées, Huang et son équipe ont découvert de nouvelles formes du matériau. Lorsque la concentration de nanotubes de carbone augmente, le matériau passe d'une dispersion diluée à une pâte à tartiner à un gel autoportant et enfin à une pâte malléable. Ces différentes formes peuvent être moulées, remodelé ou utilisé comme encre conductrice pour l'impression 3D.
"L'état de pâte des nanotubes est fascinant, " a déclaré Kevin Chiou, un étudiant diplômé du laboratoire de Huang et premier auteur de l'article. "Il peut être facilement façonné et moulé dans des structures arbitraires, tout comme la pâte à modeler."
"Essentiellement, ce système solvant fait maintenant que les nanotubes se comportent comme des polymères, " a déclaré Huang. " C'est vraiment excitant de voir les solvants à base de crésols rendre les nanotubes de carbone autrefois difficiles à traiter aussi utilisables que les plastiques courants. "
