Un chercheur de l'Université du Wyoming et son équipe ont montré, pour la première fois, la capacité d'aligner globalement des nanotubes de carbone monoparoi le long d'un axe commun. Cette découverte peut être précieuse dans de nombreux domaines de la technologie, comme l'électronique, optique, matériaux composites, nanotechnologie et autres applications de la science des matériaux.

"Contrairement aux efforts précédents pour aligner les nanotubes à l'aide de la filtration de la solution de nanotubes, nous avons créé un système automatisé qui pouvait créer plusieurs films alignés à la fois, " dit William Rice, professeur adjoint au département de physique et d'astronomie de l'UW. « L'automatisation du système de filtration a également eu pour effet de contrôler avec précision le débit de filtration, qui a produit un alignement plus élevé."

Rice était l'auteur correspondant d'un article, intitulé « Alignement global des solutions basées sur les solutions, Films de nanotubes de carbone à simple paroi via une filtration contrôlée par vision machine, " qui a été publié le 9 octobre dans la version imprimée de Lettres nano , une revue internationale qui rend compte de la recherche fondamentale et appliquée dans toutes les branches de la nanoscience et de la nanotechnologie. Une version en ligne du journal est parue le mois dernier.

Josué Walker, un doctorat en physique de troisième année. étudiant de Cheyenne, était l'auteur principal de l'article. Valérie Kuehl, un doctorat de troisième année. étudiant en chimie de Beulah, Colo., était un auteur collaborateur de l'article.

Les nanotubes de carbone à paroi unique sont des cristaux unidimensionnels formés en enveloppant une seule couche de graphite, souvent appelé graphène, dans un cylindre nanoscopique. Ils ont un diamètre de 0,5 à 1,5 nanomètres et vont de 200 à 10, 000 nanomètres de longueur. Un nanomètre est un milliardième de mètre.

En raison de cette géométrie unique, les nanotubes de carbone peuvent être soit des métaux soit des semi-conducteurs, selon la façon dont le graphène est enveloppé, Le riz explique. Les nanotubes de carbone peuvent présenter une conductivité électrique remarquable, et ils possèdent une résistance à la traction et une conductivité thermique exceptionnelles.

"Les nanotubes de carbone alignés ont le potentiel d'agir comme d'excellents polariseurs optiques, qui sont importants pour déterminer optiquement la déformation dans les matériaux. Par exemple, si vous regardez votre pare-brise avec des lunettes polarisées, vous pouvez voir des zones de tension différente dans le verre, " dit Rice. " Des travaux récents par d'autres groupes suggèrent également que les nanotubes alignés peuvent être utilisés comme transistors, émetteurs de lumière polarisée et dissipateurs de chaleur directionnels. L'espoir est qu'une nouvelle génération d'électronique tout carbone puisse être inaugurée avec l'utilisation de nanotubes de carbone, le graphène et les lacunes dans les diamants."

Au cours de la dernière décennie, des progrès substantiels ont été réalisés dans le contrôle chimique des nanotubes de carbone monoparoi. Rice et son équipe ont utilisé l'automatisation et la parallélisation de la vision artificielle pour produire simultanément des nanotubes de carbone monoparoi utilisant une filtration sous pression. Le contrôle de rétroaction permet à la filtration de se produire avec un débit constant qui améliore non seulement l'ordre nématique des nanotubes de carbone à paroi unique, mais offre également la possibilité d'aligner une large gamme de types de nanotubes de carbone à paroi unique et sur une variété de membranes nanoporeuses en utilisant les mêmes paramètres de filtration.

En outre, Rice dit que son équipe de recherche a aplati le ménisque de la solution de nanotubes dans l'entonnoir en verre en utilisant un processus de traitement appelé silanisation. Cela a empêché les nanotubes de se brouiller par un front de solution inégal lors de la filtration des nanotubes. Ces deux avancées produisent des films de nanotubes qui présentent un excellent alignement sur toute la structure, qui a été mesurée en utilisant une variété de techniques optiques polarisées.

"Les nanotubes de carbone sont un système matériel important en raison de leurs propriétés physiques impressionnantes, tels qu'une conductivité thermique extrêmement élevée ; un module d'Young bien supérieur à celui de l'acier; capacité de transport de courant mille fois supérieure à celle du cuivre; et un excellent couplage lumière-matière, " il dit.

Un module de Young est le rapport de la contrainte (force par unité de surface) à la déformation (pourcentage de variation des dimensions physiques) dans un matériau, dit Riz. Plastiques, le caoutchouc et le bois ont des modules d'Young faibles, tandis que l'acier, le diamant et les nanotubes ont des modules de Young élevés.