Les nanotubes de carbone présentent un grand intérêt à la fois pour la recherche scientifique et les applications commerciales grâce aux propriétés uniques du matériau. Une nouvelle thèse à l'Université de Karlstad examine comment la structure atomique influence les différentes propriétés du matériau.

"Pour le moment, il existe trop peu d'étalons de mesure et aucun système de classification approprié pour les nanotubes de carbone", explique Mattias Flygare, récemment diplômé docteur en physique qui vient de publier sa thèse. J'ai étudié l'effet de la cristallinité sur différentes propriétés, telles que la rigidité en flexion et la conductivité électrique des tubes.

On sait que si les tubes avaient une structure atomique parfaite, ces propriétés seraient exceptionnelles; cependant, c'est rarement le cas dans la réalité. Au lieu de cela, les chercheurs observent que les parois des tubes sont constituées d'un patchwork de divers gros "grains" avec une structure atomique bien ordonnée. La taille de ces grains de cristallite, associée à d'autres défauts, confère au matériau des propriétés différentes.

Les nanotubes de carbone sont des tubes creux très fins et légers constitués d'atomes de carbone, avec des parois d'un seul atome d'épaisseur. La paroi du tube est comme une feuille de graphite enroulée dans un cylindre, avec des motifs hexagonaux formant la feuille. En raison de leurs propriétés mécaniques, électriques et thermiques uniques, les nanotubes de carbone offrent un grand potentiel pour la recherche scientifique et les applications industrielles et commerciales, par exemple dans l'industrie des matériaux composites, mais le domaine d'utilisation est plus large que cela.

Grains de motifs parfaits

"J'ai étudié dans quelle mesure différentes irrégularités de la structure atomique affectent les propriétés du matériau, explique Mattias Flygare. Afin d'étudier la structure atomique, j'ai utilisé notre microscope électronique à transmission ici à l'Université de Karlstad. Le microscope utilise un faisceau d'électrons au lieu de la lumière visible pour analyser le matériau, ce qui permet de regarder les tubes à l'échelle du nanomètre, soit un milliardième de mètre, ce qui est incroyablement petit.Mes études montrent par exemple que la dépendance des propriétés sur l'ordre et la périodicité des atomes à l'intérieur des parois du tube n'est pas toujours complètement linéaire, et il y a des points critiques où les propriétés peuvent être considérablement améliorées simplement en augmentant un peu la cristallinité.C'est un résultat très intéressant qui montre la nécessité de plus la recherche et le développement de méthodes de caractérisation des nanotubes de carbone, afin que le bon type de tube puisse être utilisé pour le bon usage, et pour développer davantage la méthodes de production des tubes."

Microscope électronique à transmission

En utilisant cette technique, vous pouvez contourner les limites de résolution de la lumière visible, qui est d'environ un micromètre, et descendre jusqu'à environ 100 picomètres, soit 0,1 nanomètre, ce qui est suffisamment élevé pour résoudre des atomes individuels. À l'intérieur du microscope de l'université, il est également possible de manipuler les nanotubes de carbone avec une sonde sur mesure qui peut être contrôlée au niveau du nanomètre.

"Notre microscope électronique est situé dans la maison 21, mais il est complètement isolé des vibrations du reste de la maison", explique Mattias Flygare. "Si le microscope était en contact avec la maison, il suffirait qu'une seule personne marche dans le couloir à l'extérieur de la pièce pour que les vibrations rendent l'image floue et inutilisable."

Domaines d'application des nanotubes de carbone

Aujourd'hui, il existe des applications pour les nanotubes de carbone dans de nombreux produits différents, et les chercheurs continuent d'explorer de nouvelles façons créatives d'utiliser le matériau. Les nanotubes de carbone se trouvent dans divers matériaux composites, par exemple dans les équipements sportifs tels que les raquettes de tennis et les vélos, en raison de leur capacité à améliorer la résistance tout en réduisant le poids. Grâce à sa conductivité électrique, il est également utile dans toutes sortes d'électronique, et il y a des utilisations encore plus exotiques à l'horizon. + Explorer plus loin

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