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Le "buckypaper" : léger, résistant, un matériau plus que prometteur

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Le "buckypaper" : léger, résistant, un matériau plus que prometteur

Jeudi, 20/11/2008 - 23:00 0 commentaire
Le "buckypaper" : léger, résistant, un matériau plus que prometteur zoom

Les feuilles de buckypaper sont composées de nanotubes de carbone et en contiennent jusqu'à 50 %. Dix fois plus légères et potentiellement cinq cents fois plus solides que l'acier -lorsque les feuilles sont empilées et pressées ensemble elles forment un composite conducteur de courant et de température-, ont un large éventail d'applications allant du rétro éclairage pour les écrans plats à la régulation thermique pour la microélectronique, de la protection contre la foudre à la structure des avions ou des automobiles.

Le Dr Wade Adams, directeur du Smalley Intitute à Rice University (Houston) en loue les propriétés "toutes ces propriétés sont ce que les scientifiques en nanotechnologies ont tenté d'atteindre alors qu'ils cherchaient une sorte de Graal". Malheureusement pour le moment, les feuilles de buckypaper ne peuvent être fabriquées qu'à un prix très élevé, en faible quantité, et leur résistance est encore trop faible par rapport à leur potentiel. Cela rend leur manipulation et leur utilisation délicate. Pour résoudre ce problème et rendre le matériau compétitif industriellement, l'équipe de chercheurs menée par Ben Wang a développé un moyen d'infiltrer le buckypaper dans une solution de polymères pour créer des composites thermoplastiques qui sont plus consistants, plus durs, et plus adaptés pour un environnement industriel.

Les travaux de recherche ont été menés au High-Performance Materials de Florida State University, épaulés par des experts de Lockheed Martin Missile and Fire Control. Une des problèmes principaux est que les nanotubes s'attachent entre eux en formant des angles incontrôlés, ce qui limite la résistance du buckypaper. La solution de l'équipe de Wang est d'exposer les nanotubes à un fort champ magnétique, ce qui a pour effet de les aligner correctement et donc d'augmenter la résistance du buckypaper. Un autre problème est que les nanotubes sont tellement lisses qu'il est difficile de les faire tenir ensemble avec de la résine époxy. Les chercheurs cherchent donc un moyen d'ajouter des petites quantités de défauts aux nanotubes pour améliorer les liaisons chimiques. Avec l'approche d'infiltration de résine vient la difficulté à contrôler la quantité de résine imprégnée et l'épaisseur finale du buckypaper. L'infiltration de résine est un procédé multi étapes qui implique un nombre de paramètres comme la viscosité de la résine, la température et la pression d'imprégnation, ainsi que les conditions de séchage et de cuisson.

En observant des échantillons de ce composant en détail, l'équipe a remarqué une imprégnation complète de la résine. Cependant, la caractérisation au microscope à balayage électronique révèle une différence dans les épaisseurs des échantillons. L'effet négatif de ceci est une inconsistance dans les propriétés mécaniques et électriques d'un échantillon à l'autre, pour la même structure de nanotubes. Pour contrecarrer ce problème, l'équipe procède à une étude paramétrique : des approches statistiques et expérimentales sont employées pour identifier le paramètre dominant et formuler les corrélations inter paramètres.

Pour le moment, les chercheurs ont obtenu des échantillons ayant une résistance moitié moindre que le meilleur matériau composite du moment, le IM7, mais Wang espère combler cette lacune rapidement. Son objectif est d'obtenir d'ici la fin de l'année prochaine un composite buckypaper aussi résistant que l'IM7 mais 35 % plus léger. Les applications à long terme, d'après Wang, se situent en aéronautique. Cependant, cela prendra jusqu'à cinq ans pour obtenir un nouveau matériau de structure en aéronautique. Wang espère donc obtenir les premières applications de son buckypaper pour la protection des avions contre les interférences électromagnétiques et contre la foudre. D'autres applications à plus court terme sont aussi possibles, notamment pour les électrodes des piles à combustible, les supercapacités ou les batteries au Lithium, voire pour la dissipation de chaleur pour les ordinateurs portables.

BE

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