Des ingénieurs de l'Université de Cincinnati tirent parti d'un partenariat avec la base aérienne de Wright-Patterson pour créer des vêtements capables de recharger votre téléphone portable.

Bouge, Homme de fer.

Ce qui rend cela possible, ce sont les propriétés uniques des nanotubes de carbone :une grande surface qui est résistante, conducteur et résistant à la chaleur.

Le Collège d'ingénierie et de sciences appliquées de l'UC a conclu un accord de cinq ans avec l'Air Force Research Laboratory pour mener des recherches susceptibles d'améliorer les applications de la technologie militaire.

Le professeur de l'UC Vesselin Shanov co-dirige les laboratoires Nanoworld de l'UC avec le partenaire de recherche et professeur de l'UC Mark Schulz. Ensemble, ils mettent à profit leur expertise en électricité, génie chimique et mécanique pour fabriquer des matériaux "intelligents" pouvant alimenter l'électronique.

« L'enjeu majeur est de traduire ces belles propriétés pour profiter de leur force, conductivité et résistance à la chaleur, ", a déclaré Shanov.

Schulz a déclaré que la fabrication était à l'aube d'une renaissance du carbone. Les nanotubes de carbone remplaceront le fil de cuivre dans les voitures et les avions pour réduire le poids et améliorer l'efficacité énergétique. Le charbon va filtrer notre eau et nous en dire plus sur notre vie et notre corps grâce à de nouveaux capteurs biométriques.

Le carbone remplacera le polyester et les autres fibres synthétiques. Et puisque les nanotubes de carbone sont les objets les plus noirs trouvés sur Terre, absorbant 99,9 pour cent de toute la lumière visible, vous pourriez dire que le carbone est le nouveau noir.

"Autrefois, les métaux dominent les biens manufacturés, " a déclaré Schulz. "Mais je pense que le carbone va remplacer les métaux dans de nombreuses applications.

"Il va y avoir une nouvelle ère du carbone, une révolution du carbone, " a déclaré Schulz.

Le Nanoworld Lab de l'UC dirige le travail collectif de 30 étudiants diplômés et de premier cycle.

L'un d'eux, Associé de recherche UC Sathya Narayan Kanakaraj, co-auteur d'une étude examinant les moyens d'améliorer la résistance à la traction de la fibre de nanotube de carbone filée à sec. Ses résultats ont été publiés en juin dans la revue Succès de la recherche sur les matériaux .

L'étudiant diplômé Mark Haase, a passé l'année dernière à explorer les applications des nanotubes de carbone au laboratoire de recherche de l'Air Force de Wright-Patterson. Grâce au partenariat, Les étudiants de l'UC utilisent l'équipement sophistiqué de l'Air Force Lab, y compris la tomographie par ordinateur à rayons X, pour analyser des échantillons. Haase a également utilisé l'équipement de l'Air Force pour aider ses camarades de classe dans leurs projets.

"Cela nous pousse à travailler en groupe et à nous spécialiser. Ce sont les mêmes dynamiques que nous voyons dans la recherche d'entreprise et l'industrie, " a déclaré Haase. " L'ingénierie est une activité de groupe de nos jours, nous pouvons donc en profiter. "

Les chercheurs de l'UC « cultivent » des nanotubes sur des plaquettes de silicium de taille quart sous la chaleur dans une chambre à vide grâce à un processus appelé dépôt chimique en phase vapeur.

"Chaque particule a un point de nucléation. Familièrement, nous pouvons l'appeler une graine, " a déclaré Haase.

"Notre gaz contenant du carbone est introduit dans le réacteur. Lorsque le gaz carbonique interagit avec notre 'graine, ' il se décompose et se reforme à la surface. Nous le laissons grandir jusqu'à ce qu'il atteigne la taille que nous voulons, " il a dit.

Les chercheurs peuvent utiliser presque n'importe quel carbone, de l'alcool au méthane.

"Je me souviens qu'un groupe s'est montré en utilisant des cookies Girl Scout. S'il contient du carbone, vous pouvez le transformer en nanotube, " a déclaré Haase.

Le Nanoworld Lab de l'UC a établi un record du monde en 2007 en faisant pousser un nanotube qui s'étendait sur près de 2 centimètres, le plus long réseau de nanotubes de carbone produit dans un laboratoire à l'époque. Les laboratoires d'aujourd'hui peuvent créer des nanotubes plusieurs fois plus longs.

Des chercheurs de l'UC étirent le petit carré fibreux sur une bobine industrielle en laboratoire. Soudainement, cette minuscule feuille de carbone devient un fil filé qui ressemble à de la soie d'araignée qui peut être tissé en textiles.

"C'est exactement comme un textile, " a déclaré Shanov. "Nous pouvons les assembler comme un fil de machine et les utiliser dans des applications allant des capteurs au suivi des métaux lourds dans l'eau ou des dispositifs de stockage d'énergie, y compris les super condensateurs et les batteries."

Pour les militaires, cela pourrait signifier le remplacement des batteries lourdes qui chargent le nombre croissant d'appareils électroniques qui composent l'équipement d'un soldat :​​lumières, équipement de vision nocturne et de communication.

"Jusqu'à un tiers du poids qu'ils transportent ne sont que des batteries pour alimenter tout leur équipement, " dit Haase. " Donc, même si nous pouvons réduire un peu cela, c'est un gros avantage pour eux sur le terrain."

Des chercheurs en médecine étudient comment les nanotubes de carbone peuvent aider à administrer des doses ciblées de médicaments.

"Dehors, vous pouvez ajouter une molécule de protéine. Les cellules liront cela et diront, 'Je veux manger ça.' Ainsi, nous pouvons fournir des médicaments pour soutenir les cellules saines, pour restaurer les cellules malades ou même pour tuer les cellules cancéreuses, " a déclaré Haase.

Mais les premiers chercheurs veulent s'assurer que les nanotubes de carbone ne sont pas toxiques.

"C'est pourquoi ils avancent lentement, " a déclaré Haase. " La recherche a montré qu'en cas d'exposition élevée ou aiguë, les nanotubes de carbone peuvent provoquer des lésions pulmonaires similaires à celles de l'amiante. La dernière chose que nous voulons faire est de guérir un cancer pour découvrir qu'il vous en donne un autre."

Les résultats préliminaires sont prometteurs.

Ne cherchez pas de sitôt la mode des nanotubes de carbone sur les podiums parisiens. Les coûts sont trop prohibitifs.

« Nous travaillons avec des clients qui se soucient plus de la performance que du coût. Mais une fois la synthèse parfaite, l'échelle augmente considérablement et les coûts devraient baisser en conséquence, " a déclaré Haase. " Ensuite, nous verrons les nanotubes de carbone se propager à beaucoup, bien d'autres candidatures."

Pour l'instant, Le laboratoire d'UC peut produire environ 50 mètres de fil de nanotube de carbone à la fois pour ses recherches.

"La plupart des machines textiles à grande échelle ont besoin de kilomètres de fil, " Haase a dit. "Nous allons y arriver."

Jusque là, la production de masse reste l'un des plus gros problèmes non résolus pour la technologie des nanotubes de carbone, dit Benji Maruyama, qui dirige la Direction des matériaux et de la fabrication au Laboratoire de recherche de la Force aérienne. "Il reste encore beaucoup de travail à faire pour étendre le processus. Extraire une fibre de nanotube de carbone d'un disque de silicium est bon pour la recherche à l'échelle du laboratoire, mais pas pour fabriquer une aile d'avion ou une combinaison de vol, " a déclaré Maruyama.

"La seule chose qui nous retient est de déchiffrer le code sur la fabrication de nanotubes de carbone à grande échelle, " il a dit.

Maruyama essaie de résoudre ce problème avec une série d'expériences qu'il mène à l'aide d'un robot de recherche autonome appelé ARES. Le robot conçoit et réalise des expériences avec des nanotubes de carbone, analyse les résultats, puis utilise ces données et l'intelligence artificielle pour redéfinir les paramètres de la prochaine expérience. De cette façon, il peut mener 100 fois plus d'expériences en même temps que les chercheurs humains, il a dit.

"Le gros avantage des nanotubes de carbone est qu'il ne manque pas de matériaux. Il suffit d'un catalyseur métallique - nous utilisons du fer et du nickel - et du carbone. Ce n'est pas rare, " a déclaré Maruyama. "Donc, quand nous parlons de fabriquer des millions de tonnes par an de nanotubes de carbone, nous ne fabriquons pas des millions de tonnes de quelque chose de rare."

Le but ultime est de convertir la recherche académique de l'UC en solutions à des problèmes réels, dit Shanov.

"Nous avons le luxe dans le milieu universitaire d'explorer différentes applications, " a déclaré Shanov. " Tous ne peuvent pas voir le marché. Mais même si 10% atteint, ce serait un grand succès."