Les nanotubes de carbone (CNT) sont un matériau prometteur qui devrait être utilisé dans un large éventail d'industries, de la production de vélos à la microélectronique. Cependant, même une perturbation minime de la structure atomique des NTC entraîne une baisse de leur résistance de 50 %. Cela remet en question la possibilité de construire un ascenseur spatial à partir d'un matériau à base de nanotubes de carbone.

16/10/2015, Andreï Barabash 29 ans

Une équipe de chercheurs de l’Université de Stanford a peut-être réalisé une avancée scientifique qui pourrait changer la vie des personnes amputées. Les scientifiques ont développé un substitut de peau artificielle capable de détecter le toucher et de transmettre cette information au système nerveux. Une technologie similaire peut être utilisée pour créer des prothèses futuristes qui seront intégrées au corps humain. système nerveux. De plus, cette technologie permettra aux gens non seulement de ressentir le toucher, mais également de déterminer sa force.

http://www.nsu.ru/materials/ssl/text/news/Physics/135.html
De nombreux domaines prometteurs de la science des matériaux, de la nanotechnologie, de la nanoélectronique et de la chimie appliquée ont récemment été associés aux fullerènes, aux nanotubes et à d'autres structures similaires, que l'on peut appeler le terme général de structures à ossature de carbone. Qu'est-ce que c'est?
Les structures carbonées sont de grosses (et parfois gigantesques !) molécules entièrement constituées d’atomes de carbone. On peut même dire que les structures en carbone sont une nouvelle forme allotropique du carbone (en plus des formes connues de longue date : le diamant et le graphite). caractéristique principale L’une des caractéristiques de ces molécules est leur forme squelettique : elles ressemblent à des « coquilles » fermées et vides à l’intérieur.
Enfin, la variété des applications déjà inventées pour les nanotubes est frappante. La première chose qui s’impose est l’utilisation de nanotubes comme tiges et fils microscopiques très résistants. Comme le montrent les résultats des expérimentations et de la modélisation numérique, le module d'Young d'un nanotube à simple paroi atteint des valeurs de l'ordre de 1 à 5 TPa, soit un ordre de grandeur supérieur à celui de l'acier ! Certes, la longueur maximale des nanotubes est actuellement de plusieurs dizaines et centaines de microns - ce qui, bien sûr, est très grand à l'échelle atomique, mais trop court pour un usage quotidien. Cependant, la longueur des nanotubes obtenus en laboratoire augmente progressivement - désormais les scientifiques se rapprochent déjà de la barre du millimètre : voir l'ouvrage qui décrit la synthèse d'un nanotube multiparois de 2 mm de long. Il y a donc tout lieu d'espérer que dans un avenir proche, les scientifiques apprendront à faire croître des nanotubes de plusieurs centimètres, voire de plusieurs mètres de long ! Bien entendu, cela influencera grandement les technologies futures : après tout, un « câble » aussi épais qu’un cheveu humain, capable de supporter une charge de plusieurs centaines de kilogrammes, trouvera d’innombrables applications.
Les propriétés électriques inhabituelles des nanotubes en feront l’un des principaux matériaux de la nanoélectronique. Des prototypes de transistors à effet de champ basés sur un seul nanotube ont déjà été créés : en appliquant une tension de blocage de plusieurs volts, les scientifiques ont appris à modifier la conductivité des nanotubes à simple paroi de 5 ordres de grandeur !
Plusieurs applications des nanotubes dans l'industrie informatique ont déjà été développées. Par exemple, des prototypes d'écrans plats minces fonctionnant sur une matrice de nanotubes ont été créés et testés. Sous l'influence d'une tension appliquée à une extrémité du nanotube, des électrons commencent à être émis par l'autre extrémité, qui tombent sur l'écran phosphorescent et font briller le pixel. Le grain de l’image résultant sera incroyablement petit : de l’ordre du micron !

http://brd.dorms.spbu.ru/nanotech/print.php?sid=44
Une tentative de photographier des nanotubes à l'aide d'un appareil photo conventionnel équipé d'un flash a abouti à un bloc de nanotubes qui émettait un bruit sourd à la lumière du flash et, clignotant vivement, explosait.
Des scientifiques stupéfaits affirment que le phénomène découvert de manière inattendue du « caractère explosif » des tubes peut trouver de nouvelles applications complètement inattendues pour ce matériau - même en l'utilisant comme détonateurs pour faire exploser des ogives nucléaires. Et aussi, évidemment, va remettre en cause ou compliquer leur utilisation dans certains domaines.

http://www.sciteclibrary.com/rus/catalog/pages/2654.html
La perspective s’ouvre d’une prolongation significative de la durée de vie des batteries rechargeables

http://vivovoco.nns.ru/VV/JOURNAL/VRAN/SESSION/NANO1.HTM
Structures de nanotubes de carbone - nouveau matériel pour l'électronique d'émission.

http://www.gazetangn.narod.ru/archive/ngn0221/space.html
En 1996, on a découvert que certains nanotubes de carbone peut se tordre spontanément en cordes de 100 à 500 tubes de fibres, et la résistance de ces cordes s'est avérée supérieure à celle du diamant. Plus précisément, ils sont 10 à 12 fois plus résistants et 6 fois plus légers que l'acier. Imaginez : un fil d'un millimètre de diamètre pourrait supporter une charge de 20 tonnes, soit des centaines de milliards de fois supérieure à son propre poids ! C'est à partir de ces fils que l'on peut obtenir des câbles ultra-résistants et de grande longueur. À partir de matériaux tout aussi légers et durables, vous pouvez construire un cadre d'ascenseur - une tour géante trois fois plus grosse que la Terre. Les cabines de passagers et de fret s'y déplaceront à une vitesse énorme - grâce à des aimants supraconducteurs, qui, eux aussi, seront suspendus à des cordes constituées de nanotubes de carbone. Le flux colossal de marchandises dans l’espace nous permettra de commencer l’exploration active d’autres planètes.
Si quelqu'un est intéressé par ce projet, les détails (en russe) peuvent être trouvés, par exemple, sur le site http://private.peterlink.ru/geogod/space/future.htm. Seulement il n'y a pas un mot sur les tubes en carbone.
Et sur http://www.eunet.lv/library/win/KLARK/fontany.txt, vous pouvez lire le roman d'Arthur C. Clarke « Les fontaines du paradis », qu'il considère lui-même comme sa meilleure œuvre.

http://www.inauka.ru/science/28-08-01/article4805
Selon les experts, la nanotechnologie permettra d'ici 2007 de créer des microprocesseurs qui contiendront environ 1 milliard de transistors et pourront fonctionner à des fréquences allant jusqu'à 20 gigahertz avec une tension d'alimentation inférieure à 1 volt.

Transistor à nanotubes
Le premier transistor entièrement constitué de nanotubes de carbone a été créé. Cela ouvre la perspective de remplacer les puces de silicium conventionnelles par des composants plus rapides, moins chers et plus petits.
Le premier transistor à nanotubes au monde est un nanotube en forme de Y formes différentes, qui se comporte comme un transistor classique - le potentiel appliqué à l'une des « pattes » permet de contrôler le passage du courant entre les deux autres. Dans le même temps, la caractéristique courant-tension du « transistor nanotube » est presque idéale : le courant circule ou non.

http://www.pool.kiev.ua/clients/poolhome.nsf/0/a95ad844a57c1236c2256bc6003dfba8?OpenDocument
Selon un article publié le 20 mai dans Journal scientifique Applied Physics Letters, les spécialistes d'IBM ont amélioré les transistors à nanotubes de carbone. Grâce à des expériences avec diverses structures moléculaires, les chercheurs ont pu atteindre à ce jour la conductivité la plus élevée pour les transistors à nanotubes de carbone. Plus la conductivité est élevée, plus le transistor fonctionne rapidement et plus des circuits intégrés puissants peuvent être construits sur sa base. En outre, les chercheurs ont découvert que la conductivité des transistors à nanotubes de carbone était plus du double de celle des transistors au silicium les plus rapides de même taille.

http://kv.by/index2003323401.htm
Le groupe du professeur Alex Zettl de l'UC Berkeley a réalisé une nouvelle percée dans le domaine de la nanotechnologie. Les scientifiques ont créé le premier plus petit moteur nanométrique basé sur des nanotubes à parois multiples, comme l'a rapporté la revue Nature le 24 juillet. Le nanotube de carbone agit comme une sorte d’axe sur lequel est monté le rotor. Les dimensions maximales d'un nanomoteur sont d'environ 500 nm, le rotor a une longueur de 100 à 300 nm, mais l'axe du nanotube a un diamètre de seulement quelques atomes, c'est-à-dire environ 5 à 10 nm.

http://www.computerra.ru/hitech/tech/26393/
L'autre jour, la société bostonienne Nantero a fait une déclaration concernant le développement de cartes mémoire d'un type fondamentalement nouveau, créées sur la base de la nanotechnologie. Nantéro Inc. est activement engagé dans le développement de nouvelles technologies, en particulier, accorde une attention considérable à la recherche de moyens de créer une mémoire vive (RAM) non volatile à base de nanotubes de carbone. Dans son discours, un représentant de l'entreprise a annoncé qu'il était sur le point de créer des cartes mémoire d'une capacité de 10 Go. En raison du fait que la structure du dispositif est basée sur des nanotubes, il est proposé que la nouvelle mémoire s'appelle NRAM (Nonvolatile (non-volatile) RAM).

http://www.ixs.nm.ru/nan0.htm
L'un des résultats de la recherche a été l'utilisation pratique des propriétés exceptionnelles des nanotubes pour mesurer la masse de particules extrêmement petites. Lorsque la particule à peser est placée à l’extrémité du nanotube, la fréquence de résonance diminue. Si le nanotube est calibré (c'est-à-dire que son élasticité est connue), la masse de la particule peut être déterminée à partir du décalage de la fréquence de résonance.

http://www.mediacenter.ru/a74.phtml
Parmi les premières applications commerciales figurera l’ajout de nanotubes aux peintures ou aux plastiques pour rendre ces matériaux électriquement conducteurs. Cela permettra de remplacer les pièces métalliques par des pièces en polymère dans certains produits.
Les nanotubes de carbone sont un matériau coûteux. CNI le vend actuellement 500 dollars le gramme. De plus, la technologie de purification des nanotubes de carbone – en séparant les bons tubes des mauvais – et la manière dont les nanotubes sont introduits dans d’autres produits doivent être améliorées. La résolution de certains problèmes peut nécessiter des découvertes de niveau Nobel, explique Joshua Wolf, associé directeur de la société de capital-risque en nanotechnologie Lux Capital.

Les chercheurs se sont intéressés aux nanotubes de carbone en raison de leur conductivité électrique, supérieure à celle de n’importe quel conducteur connu. Ils ont également une excellente conductivité thermique, sont chimiquement stables, ont une résistance mécanique extrême (1000 fois plus résistante que l'acier) et, plus étonnant encore, acquièrent des propriétés semi-conductrices lorsqu'ils sont tordus ou pliés. Pour fonctionner, ils sont façonnés en anneau. Les propriétés électroniques des nanotubes de carbone peuvent être semblables à celles des métaux ou à celles des semi-conducteurs (selon l'orientation des polygones de carbone par rapport à l'axe du tube), c'est-à-dire dépendent de leur taille et de leur forme.

http://www.ci.ru/inform09_01/p04predel.htm
Les nanotubes conducteurs métalliques peuvent résister à des densités de courant 102 à 103 fois supérieures à celles des métaux conventionnels, et les nanotubes semi-conducteurs peuvent être activés et désactivés électriquement via un champ généré par une électrode, permettant ainsi la création de transistors à effet de champ.
Les scientifiques d'IBM ont développé une méthode appelée « destruction constructive » qui leur a permis de détruire tous les nanotubes métalliques tout en laissant intacts ceux des semi-conducteurs.

http://www.pr.kg/articles/n0111/19-sci.htm
Les nanotubes de carbone ont trouvé une autre application dans la lutte pour la santé humaine : cette fois, des scientifiques chinois ont utilisé des nanotubes pour nettoyer boire de l'eau du plomb.

http://www.scientific.ru/journal/news/n030102.html
Nous écrivons régulièrement sur les nanotubes de carbone, mais il existe en réalité d’autres types de nanotubes fabriqués à partir de divers matériaux semi-conducteurs. Les scientifiques sont capables de cultiver des nanotubes avec une épaisseur, un diamètre et une longueur de paroi précisément spécifiés.
Les nanotubes peuvent être utilisés comme nanotubes pour transporter des liquides, et ils peuvent également servir d’embouts pour des seringues contenant un nombre précisément contrôlé de nanogouttelettes. Les nanotubes peuvent être utilisés comme nanoforets, nanopinces et pointes pour les microscopes à effet tunnel. Les nanotubes avec des parois suffisamment épaisses et un petit diamètre peuvent servir de supports pour les nanoobjets, tandis que les nanotubes avec un grand diamètre et des parois minces peuvent servir de nanoconteneurs et de nanocapsules. Les nanotubes fabriqués à partir de composés à base de silicium, notamment le carbure de silicium, sont particulièrement adaptés à la fabrication de produits mécaniques car ces matériaux sont solides et élastiques. Les nanotubes solides peuvent également trouver des applications en électronique.

http://www.compulenta.ru/2003/5/12/39363/
La division de recherche d'IBM Corporation a annoncé une réalisation importante dans le domaine de la nanotechnologie. Les spécialistes d'IBM Research ont réussi à faire briller des nanotubes de carbone, un matériau extrêmement prometteur qui est à la base de nombreux développements nanotechnologiques dans le monde.
Le nanotube électroluminescent a un diamètre de seulement 1,4 nm, soit 50 000 fois plus fin qu'un cheveu humain. Il s’agit du plus petit dispositif électroluminescent à semi-conducteurs de l’histoire. Sa création est le résultat d'un programme d'étude des propriétés électriques des nanotubes de carbone mené chez IBM au cours des dernières années.

http://bunburyodo.narod.ru/chem/solom.htm
Outre la création de nanofils métalliques déjà évoquée plus haut, qui est encore très loin d'être réalisée, le développement d'émetteurs dits froids sur nanotubes est populaire. Les émetteurs froids sont un élément clé des téléviseurs à écran plat du futur : ils remplacent les émetteurs chauds des tubes cathodiques modernes et permettent également de s'affranchir des tensions d'accélération gigantesques et dangereuses de 20 à 30 kV. À température ambiante, les nanotubes sont capables d'émettre des électrons, produisant un courant de la même densité qu'une anode de tungstène standard à près de mille degrés, et même à une tension de seulement 500 V. (Et pour produire des rayons X, il faut des dizaines de kilovolts et une température de 1500 degrés (nan))

http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/742.html
Le module élastique élevé des nanotubes de carbone permet de créer des matériaux composites offrant une résistance élevée aux déformations élastiques ultra-élevées. A partir de ce matériau, il sera possible de fabriquer des tissus ultralégers et ultrarésistants pour les pompiers et les astronautes.
La surface spécifique élevée du matériau nanotube est attractive pour de nombreuses applications technologiques. Au cours du processus de croissance, des nanotubes hélicoïdaux orientés de manière aléatoire se forment, ce qui conduit à la formation d'un nombre important de cavités et de vides de taille nanométrique. En conséquence, la surface spécifique du matériau nanotube atteint des valeurs d’environ 600 m2/g. Une surface spécifique aussi élevée ouvre la possibilité de leur utilisation dans des filtres et d’autres dispositifs de technologie chimique.

http://www.1september.ru/ru/him/2001/09/no09_1.htm
Un nanocâble reliant la Terre à la Lune à partir d'un seul tube pourrait être enroulé sur une bobine de la taille d'une graine de pavot.
Les nanotubes sont 50 à 100 fois plus résistants que l’acier (bien que les nanotubes soient six fois moins denses). Le module d'Young - une caractéristique de la résistance d'un matériau à la tension axiale et à la compression - est en moyenne deux fois plus élevé pour les nanotubes que pour les fibres de carbone. Les tubes sont non seulement durables, mais aussi flexibles ; leur comportement ressemble non pas à des pailles cassantes, mais à des tubes en caoutchouc dur.
Un fil d'un diamètre de 1 mm, constitué de nanotubes, pourrait supporter une charge de 20 tonnes, soit plusieurs centaines de milliards de fois sa propre masse.
Un groupe international de scientifiques a montré que les nanotubes peuvent être utilisés pour créer des muscles artificiels qui, avec le même volume, peuvent être trois fois plus forts que les muscles biologiques et ne craignent pas les températures élevées, le vide et de nombreux réactifs chimiques.
Nanotubes - matériel parfait pour le stockage sûr des gaz dans les cavités internes. Tout d'abord, cela s'applique à l'hydrogène, qui aurait longtemps été utilisé comme carburant pour les voitures, si des bouteilles de stockage d'hydrogène encombrantes, à parois épaisses, lourdes et peu sûres n'avaient pas privé l'hydrogène de son principal avantage - une grande quantité d'énergie libérée par masse unitaire (seulement environ 3 kg de H2 sont nécessaires pour 500 km de kilométrage du véhicule). Le « réservoir d'essence » contenant des nanotubes pourrait être rempli de manière stationnaire sous pression, et le carburant pourrait être éliminé en chauffant légèrement le « réservoir d'essence ». Pour surpasser les bouteilles de gaz conventionnelles en termes de masse et de densité volumétrique d'énergie stockée et (la masse d'hydrogène divisée par sa masse avec la coque ou son volume avec la coque), des nanotubes avec des cavités d'un diamètre relativement grand sont nécessaires - plus que 2-3 nm.
Les biologistes ont pu introduire de petites protéines et molécules d'ADN dans la cavité des nanotubes. Il s’agit à la fois d’une méthode de production d’un nouveau type de catalyseurs et, dans le futur, d’une méthode d’administration de molécules biologiquement actives et de médicaments à certains organes.

Plus solide qu'un pneu radial ? Tout indique que l'émergence des nanotubes de carbone TUBALL dans l'industrie du pneumatique créera une révolution technique encore plus grande que l'émergence du silicium dans les années 90, et sera comparable à la découverte du pneu radial après la guerre. Pas même un grand nombre de ces tubes incroyablement petits d'un diamètre d'un nanomètre (1 milliardième de mètre), avec des parois d'un (!) atome de carbone d'épaisseur, peuvent améliorer les performances de n'importe quel caoutchoucà une échelle incroyable. L’histoire de cette invention née au cœur même de la Sibérie est aussi grandiose qu’originale.

En 1945, une bombe nucléaire est utilisée pour la première fois dans l’histoire. C’est alors que les gens ont appris que la matière est un réservoir d’énergie énorme. À ce stade, la principale difficulté s’est avérée être : extraction correcte de l’énergie. C’est la nécessité de travailler avec les nanotubes de carbone au niveau atomique qui les rend à la fois inhabituels dans leurs caractéristiques et difficiles à synthétiser.

Pour ne pas mourir idiot...

Se lancer dans une technologie aussi avancée avec un minimum de connaissances est la garantie que vous ne comprendrez rien à cette recherche, même si vous pensez savoir ce qu'est le carbone. Il y a probablement plus de 500 000 ans, nos ancêtres ont commencé à l’utiliser pour se chauffer ou cuisiner au charbon de bois. Il y a environ 3 siècles, le début de l'utilisation du charbon (pierre) et de la machine à vapeur marquait l'avènement de l'ère industrielle. Pourtant, cette période préhistorique de l’histoire du carbone n’a rien à voir avec la nanochimie moderne…

D’une manière générale, tout ce qui pousse et vit sur terre dépend du carbone. Et l’homme, qui est composé à 65 % d’eau, 3 % d’azote, 18 % de carbone et 10 % d’hydrogène, en est un parfait exemple. Dans la nature, il existe plus d'un million de composés fabriqués à partir d'une combinaison de carbone et d'hydrogène ; il ne faut pas oublier qu'après le charbon, la principale source d'énergie pour nous sont les hydrocarbures : en général, il n'est pas si facile de se passer du carbone irremplaçable. .

A l’état naturel, il ne présente que deux formes cristallines et bien différentes : le diamant et le graphite. Le premier est un matériau prestigieux, extrêmement rare et dur, le second est un carbone gras au toucher, beaucoup moins exclusif, extrait à raison d'un volume d'environ un million et demi de tonnes par an. Peu de gens savent qu’un diamant au fil du temps (une très longue période !) se décompose en graphite, qui est en fin de compte la forme de carbone la plus stable. Ce minéral noir ou gris nous est très familier ; il convient de rappeler par exemple l’encre de Chine ou la mine de crayon. Aujourd’hui, le graphite contribue entre autres à assurer la sécurité des centrales nucléaires et nous fournit également des millions de batteries électriques. C'est lui qui est l'ancêtre incontestable de toutes les formes de structures à partir d'atomes de carbone que l'homme créera par la suite.

D'un micromètre...

Ces propriétés lubrifiantes bénéfiques du graphite, dont la structure rappelle celle du carbone « millefeuille » ou « mille couches », sont dues à la facilité avec laquelle les couches glissent les unes sur les autres. Ces couches plates et extrêmement fines ont la forme d’un « nid d’abeilles », constitué d’anneaux hexagonaux étroitement serrés, dont le sommet de chacun est un atome de carbone lié à trois de ses voisins. Il y a même des couches d’un atome d’épaisseur ! Cette structure particulière facilite (tout est relatif !) l’accès aux atomes de carbone. L'énorme potentiel du graphite est connu depuis longtemps, mais l'utilisation de toutes les qualités positives du graphite est entravée par un certain nombre de problèmes qui surviennent lors du travail avec le graphite au niveau atomique. Le premier écueil est que de telles structures ne seront clairement visibles qu'après l'avènement de nouveaux microscopes électroniques puissants dotés de haute résolution.

Initialement, les chimistes considéraient le carbone à travers la facilité avec laquelle il se transformait en fibre. En connectant des microcristaux longs et plats et en les alignant le long de lignes parallèles, il est possible de synthétiser des fibres d'un diamètre de 5 à 10 microns. Un assemblage de 1, 3, 6, 12, 24, 48 mille de ces fibres de carbone selon le type d'usage auquel elles étaient destinées,
aide à synthétiser des fils étonnamment solides, malgré leur apesanteur. Cherchant à restaurer industrie textile, endommagé pendant la guerre, les Japonais ont commencé à développer la fibre de carbone depuis 1959. Le premier centre de recherche deviendra plus tard Toray, qui reste toujours l'une des plus grandes entreprises mondiales.

Petit tour d'horizon des propriétés exceptionnelles des nanotubes simple paroi : ils conduisent mieux que le cuivre, sont cinq fois plus légers et 100 fois plus résistants que l'acier, sont un million de fois plus longs que leur diamètre et 1 gramme de surface développée couvre la surface de 2 terrains de basket !

Ces nouvelles fibres n’étaient pas entièrement adaptées aux textiles traditionnels, mais compte tenu de leurs propriétés mécaniques exceptionnelles, elles furent rapidement appréciées par les industries militaire et aéronautique. Aujourd'hui, la dernière génération d'avions civils est composée à plus de 50 % de fibre de carbone, et l'A380 ne serait pas du tout capable de voler sans son aide... Et partout où l'efficacité et la légèreté sont requises : articles de sport, voiliers et voitures de course. , prothèses, etc. .d. – il n'est plus possible de se passer de la fibre de carbone.

...au nanomètre

Cependant, il a fallu attendre 1985, lorsque l'homme a créé la troisième forme cristalline du carbone, cette fois complètement artificielle : les fullerènes. L’échelle change radicalement et une plongée dans les profondeurs de l’infiniment petit commence ; le micron de fibre est remplacé par un nanomètre. Le préfixe « nano » (« nein » en grec) signifie 1 milliardième de mètre. Quand on joue avec des atomes à l’échelle nanométrique, il faut diviser les mesures en microns par 1 000 ! La découverte des fullerènes a eu lieu en laboratoire, lorsque les astrophysiciens tentaient de trouver une réponse à la question de la nature de l'origine des longues chaînes contenant du carbone découvertes dans l'espace.

Grâce à leur connaissance des molécules confinées aux couches plates bidimensionnelles de graphite, les chimistes ont pu créer de nouvelles molécules 3D, toujours composées à 100 % de carbone, mais prenant des formes plus variées et intéressantes : sphères, ellipsoïdes, tubes, anneaux, etc. . d. Quelle méthode de création a été utilisée ? Évaporation dans environnement neutre disque de graphite par ablation laser dans des conditions très particulières. L'idée elle-même, ainsi que sa mise en œuvre, n'est pas à la portée de tous... Ce qui a été officiellement reconnu en 1996, lors de l'attribution prix Nobel en chimie, une équipe anglo-américaine d'inventeurs composée de Kroto, Curl, Smalley. Et c'était juste.

Le tout premier produit obtenu par cette méthode de génération avait initialement la forme ballon de football! Tout comme la balle, la structure était divisée en 20 hexagones et, tout comme le graphite, elle était reliée à 12 pentagones. Cette structure, appelée C60, n’a qu’une épaisseur de 0,7 nanomètre et possède un espace interne d’à peine un nanomètre, soit 200 millions de fois plus petit qu’un vrai ballon de football ! Or, c’est précisément cette particularité, associée à la culture anglo-saxonne de l’équipe de recherche, qui conduira à attribuer un nom très original au produit. En l’honneur de l’architecte Buckminster Fuller, inventeur des sphères géodésiques, le C60 fut pendant un certain temps appelé « futballène », puis devint le premier buckminsterfullerène, et fut plus tard abrégé (heureusement !) en fullerène.

Une fois la porte ouverte à la création d'un matériau innovant, le processus a commencé : de nombreux groupes de recherche se sont précipités pour obtenir des fullerènes, inventant diverses méthodes pour leur synthèse. Une grande variété de formes de fullerènes commençait à apparaître, plus efficaces que les précédentes, avec des qualités aussi variées que remarquables ! On estime aujourd’hui qu’il existe plus de 250 000 types de fullerons (et ce n’est pas fini !), qui peuvent être utiles dans n’importe quelle industrie : pharmaceutique, cosmétique, électronique, photovoltaïque, lubrifiants, etc. Après l’argent, les nanoparticules sont les objets les plus utilisés au monde.

Et puis apparaissent les nanotubes et, enfin, le graphène.

Après C60, il fut possible d’obtenir des « ballons de football » de 70, 76, 84, 100, 200 atomes, voire 20, et ce n’était qu’un début. Sous l'influence de la température, les molécules de carbone se divisent (il suffit d'apprendre à le faire), et les atomes qui les constituent se réunissent sous une variété infinie de formes, et il semble que toutes les configurations soient possibles. Billes, mégatubes, nanotubes, dimères, polymères, nanoampoules, etc., l'immense famille des fullerènes ne cesse de s'agrandir, mais ce sont les petits nanotubes qui restent à ce jour le principal espoir de développement sérieux. développement industriel.

Si 1959 et 1985 sont les dates de naissance généralement acceptées pour la fibre de carbone et les fullerènes, alors les nanotubes sont apparus entre 1991 et 1993. En 1991, le découvreur, le Japonais Sumio Iijima (NEC), lors de ses recherches sur la synthèse des fullerènes, obtient les premiers nanotubes multiparois, dont le nombre de couches de graphène variait de 2 à 50. Il les reçut à nouveau en 1993. , mais maintenant ce sont des nanotubes à une seule paroi, et en même temps Donald S. Bethune, IBM, y parvient, chacun à sa manière.

À ce stade histoire moderne du carbone, apparaît un matériau qui forme les parois d'un nanotube à paroi unique (simple paroi), c'est-à-dire le graphène. Il s’agit du fameux cristal bidimensionnel, doté d’une couche plate en forme de nid d’abeille et d’un seul atome d’épaisseur, dont la stratification forme du graphite. En fait, ce qui semblait simple, compte tenu de son origine naturelle, ne l'était pas, il a donc fallu attendre 2004, lorsque le Néerlandais André Geim a réussi à isoler de manière originale ce tapis (ou plutôt ce maillage ?) d'un atome d'épaisseur. Il a utilisé du ruban adhésif pour décoller la matière couche par couche jusqu'à obtenir une couche d'un atome d'épaisseur. Bien sûr, d'autres méthodes de production de graphène ont été découvertes, mais pour ce jeu en 2010, il a partagé le Nobel avec Konstantin Novoselov, un Britannique. origine russe, qui, comme lui, a travaillé au Royaume-Uni.

D’un point de vue généralement admis, le graphène va révolutionner nos vies à l’avenir. Selon certains, il s’agit d’un choc technologique d’ampleur comparable au passage de l’âge du bronze à l’âge du fer ! Le graphène, à la fois flexible et élastique, conduit mieux l’électricité que le cuivre. Le graphène incolore est 6 fois plus léger que l’acier et 100 voire 300 fois plus résistant. Ce type unique peut tout faire : malgré sa taille, il peut presque tout mettre en valeur. C'est 1 million de fois plus fin qu'un cheveu - 3 millions de couches de graphène empilées, d’une épaisseur maximale de 1 mm. Cependant, la planète entière, à commencer par l’Europe, dépense des milliards pour apprendre à synthétiser de telles couches à la taille requise à des prix raisonnables. Malheureusement, tout le monde n’y est pas encore parvenu !

Nanotube à paroi simple

Entre-temps, le lancement de la synthèse en série du graphène n'est pas acté, une autre forme de fullerène à parois de graphène a commencé à prendre de l'ampleur : un nanotube. Initialement, Iijima l'obtenait à l'aide de deux électrodes en graphite : lorsque électricité crée un plasma à 6000°C : l'anode (+) s'évapore et un dépôt noirâtre, c'est-à-dire des nanotubes, se forme sur la cathode (-). Outre cette méthode de « pulvérisation en plasma de décharge en arc », il en existe d'autres : à haute et moyenne température, en état gazeux. Les résultats sont différents, même si, immédiatement après leur libération, les atomes de carbone commencent immédiatement à se réunir, formant des formes bizarres. Ainsi, la plupart des nanotubes synthétisés, en tant qu'héritiers de la famille des fullerènes, sont « fermés » aux extrémités par une ou deux calottes hémisphériques. Ces « moitiés de ballon de football » peuvent être conservées ou retirées pour ouvrir le tube aux deux extrémités et le remplir d’autres produits et le rendre encore plus intéressant.

Les nanotubes multiparois (MW, multiwall) ressemblent dans leur structure à des poupées gigognes russes : de nombreux tubes de diamètre décroissant, tordus les uns dans les autres, ou une seule couche torsadée sur elle-même, comme un parchemin. Il existe également des lacunes, des trous dans des structures cellulaires ou autres à 5 ou 7 côtés, et parfois des impuretés, dépôts de catalyseurs métalliques, qui ne peuvent être évités dans cette opération : alors, avant d'utiliser de tels nanotubes, leur purification ou restauration est nécessaire. Les simples parois (SW, simple paroi) peuvent également avoir des structures très différentes (spirales ou non), ce qui leur confère un grand avantage en termes de mécanique ou Caractéristiques électriques et leur donne les propriétés d'un conducteur ou d'un semi-conducteur, etc.

Maîtriser la méthode de synthèse des nanotubes n'est pas un voyage le long d'un fleuve long et calme, mais un processus extrêmement complexe qui implique de travailler avec un très petit volume de substance à un coût élevé. Les difficultés sont encore nombreuses et il est encore très difficile de les contourner. Cela est devenu évident en 2013, lorsque le géant chimique Bayer a perdu beaucoup d'argent en fermant, trois ans seulement après son ouverture, son usine de synthèse de 200 tonnes de nanotubes par an. Il semble que cette décision ait été motivée par une concurrence technique (la fibre de carbone et le Kevlar sont toujours utilisés) et commerciale, ainsi que par une surestimation de la demande, tant en termes de volume que de taux de croissance.

OCSiAl, enfant de la taïga siliceuse

Comme beaucoup de grandes inventions modernes aux créateurs multiples, la découverte des nanotubes n’est pas uniquement due à Iijima et Bethune. De nombreuses équipes ont travaillé sur cette problématique, parfois elles ne se connaissaient même pas et utilisaient des méthodes différentes. Un examen plus attentif de l'histoire de la question indique qu'en 1952, les scientifiques soviétiques Radushkevich et Lukyanovich menaient déjà des recherches sur des tubes mesurant 50 nanomètres et qu'en 1976, Oberlin, Endo et Koyama étudiaient les fibres creuses et les nanotubes de carbone à paroi unique (nanotubes de carbone à paroi unique). tubes, en abrégé SWCNT). En 1981, des scientifiques soviétiques ont photographié des tubes à simple paroi en graphène courbé dans la plage de 0,6 à 6 nm.

Guerre froide et la protection des secrets industriels ont ralenti la diffusion des informations sur les nanotubes, ce qui explique l'apparition sur le marché mondial de la société russe OCSiAl, située à Akademgorodok, ville de recherche A 20 km de Novossibirsk, au cœur même de la Sibérie. Il a été conçu et créé en 1957 par l'académicien Lavrentiev, docteur en sciences physiques et mathématiques. Nikita Khrouchtchev a patronné la création les meilleures conditions pour la vie et le travail de l'élite science soviétique. Abandonnée en raison de l'effondrement de l'URSS, la Ville Académie renaît plus tard sous une nouvelle forme, plus moderne et capitaliste. Cette ville de 60 000 habitants abrite aujourd’hui des startups de classe mondiale. En 2006, un nouveau parc technologique y a été créé. Le dynamisme, la créativité et la forte concentration d'entreprises avancées nous permettent d'appeler Academy Town la « Silicon Taiga » - par analogie avec la Silicon Valley de Californie...

Le nom OCSiAl lui-même fait allusion aux symboles chimiques des principaux éléments avec lesquels l'entreprise travaille : O – oxygène, C6 – carbone avec son numéro atomique 6, Si – silicium, Al – aluminium.

Trois mousquetaires OCSiAl

Comme le veut la tradition, ce sont quatre mousquetaires qui fondèrent OCSiAl ! Même si officiellement Mikhaïl Predtechensky n'est que le vice-président principal, l'auteur de la technologie de synthèse, il personne clé les entreprises et les hommes de demain. C’est ce scientifique et inventeur qui a pu développer un réacteur « plasmochimique » capable de synthétiser des nanotubes de carbone à simple paroi de la plus haute qualité en grands volumes, et donc aux prix du marché, que personne n’a jamais réussi auparavant. Ce scientifique, porteur de la technologie la plus avancée, a été rejoint par trois autres co-fondateurs, financiers et dirigeants du même haut niveau : Yuri Igorevich Koropachinsky, Oleg Igorevich Kirilov et vivant désormais en Israël. Youri Zelvenski. Ils ont su identifier le potentiel du marché mondial (estimé à 3 milliards de dollars !) et réunir les 350 millions de dollars nécessaires pour fonder OCSiAl en 2009, puis en 2013 ils ont déposé des brevets et construit un réacteur « Graphetron 1.0 » capable de synthétiser 10 tonnes de mononucléaire. nanotubes de carbone à parois par an.

« Graphétron 1.0 " a été mis en circulation en 2014. Et en 2016, l'entreprise comptait déjà 260 personnes, dont 100 personnes sont des scientifiques du plus haut niveau travaillant dans les laboratoires d'Akademgorodok. Le reste du personnel de l'entreprise est composé d'ingénieurs et d'hommes d'affaires qui vendent des nanotubes sous la marque TUBALL dans le monde entier. Initialement, pour pénétrer tous les principaux marchés, des bureaux ont été ouverts à Columbus, Incheon, Mumbai, Shenzhen, Hong Kong et Moscou. Le siège social de la société est situé au Luxembourg. L'équipe est composée de spécialistes de profils variés, car il existe un grand nombre d'industries (et très diverses) dont les produits peuvent être « stimulés » par TUBALL. Les spécialistes techniques et commerciaux sont confiants dans la qualité et le large éventail de possibilités d'utilisation de TUBALL. Le marketing d'OCSiAl leur fixe une barre cible assez élevée. En 2017, il est prévu de lancer un deuxième réacteur capable de synthétiser 50 tonnes par an. Les prévisions à court terme sont exponentielles, basées sur 800 tonnes en 2020 et 3 000 tonnes en 2022.

Et si les deux premiers graphtrons commenceront à synthétiser 60 tonnes chacun à Academgorodok en 2018, alors le troisième devrait, en théorie, apparaître plus proche de l'Europe et de ses principaux marchés. Et puisque selon la base spécifications techniques S'il faut "beaucoup d'énergie et de gaz", des paris sont déjà faits sur le futur site : pourquoi pas le Luxembourg, puisque c'est ici que se trouve le siège de l'entreprise ?

Supériorité évidente

On pourrait considérer ces prévisions comme trop optimistes et avoir peur de tomber à l'eau, comme cela s'est produit avec la société Bayer, mais au Luxembourg, personne n'en a peur - les nanotubes de carbone à paroi unique TUBALL sont tellement supérieurs dans leurs caractéristiques aux nanotubes à parois multiples . C'est la conviction de Cristoph Siara, directeur du marketing et des ventes chez Ocsial Europe, et de Jean-Nicolas Helt, responsable du développement et du support client, élastomères, OCSiAl Europe. Du nom de Christophe Siara, on ne saurait même pas dire qu’il est allemand. Christophe a une formation d'avocat. Vivant en France depuis 1983, ses évolutions professionnelles d'une industrie de pointe à l'autre lui ont permis d'acquérir l'expertise nécessaire pour comprendre les technologies les plus complexes. Quand Christophe Ciara parle de nanotubes, on peut le prendre pour un vrai chimiste. L'ingénieur Jean-Nicolas Helt est originaire de France. Il est diplômé en Physique des Environnements de l'Université de Nancy puis de l'ESEM d'Orléans. Grâce à son excellente formation, il a pu rejoindre la société Goodyear au Luxembourg. Au cours de ses 17 années d'activité, elle peut se vanter d'avoir réalisé plusieurs réalisations majeures dans l'industrie du pneumatique pour poids lourds et voitures particulières. En 2015, il rejoint OCSiAl en tant que chef de projet, et c'est lui qui dit que les nanotubes TUBALL pouvaient apporter quelque chose de précieux à l'industrie du pneumatique.

Christophe Siara explique que l'émergence des nanotubes de carbone monoparois TUBALL constitue une avancée significative pour l'industrie par rapport à leurs prédécesseurs, les nanotubes multiparois. D'un diamètre allant de 25 à 40 nm, constitués de plusieurs couches torsadées, ces nanotubes multiparois sont de nature assez rigides, ce qui a un impact négatif sur leurs propriétés mécaniques. Contrairement aux nanotubes multiparois, les nanotubes de carbone monoparois TUBALL sont fins, de l'ordre de 1,5 nm, et très longs > 5 microns : « Ils sont 3 000 fois plus longs que larges, ce qui devient plus clair avec cet exemple : c'est votre tuyau d'arrosage de jardin de 100 mètres de long !

Cela signifie qu'il y a aussi un côté linguistique à la question, car les noms « serpentine », « nouilles », « fibre de carbone creuse et longue » semblent bien plus appropriés qu'un tube. Mais quand même, un nanotube est bien plus simple !

Autres aspects dans lesquels TUBALL n'a pas de rivaux : sa couche de 1 nm d'épaisseur est en carbone amorphe absolument lisse< 10 %, остаточные неорганические примеси (Fer) < 15 % заключены в капсулах, то есть не действуют. В отличие от своих конкурентов TUBALL не требует никакой очистки. Кроме того к caractéristiques distinctives Les nanotubes TUBALL peuvent être attribués à : une teneur en carbone > 85%, un rapport de bande G/D (spectrométrie Raman) > 70, ce qui confirme une excellente conductivité. Tous les résultats sont confirmés par des laboratoires indépendants, dont Intertek (mai 2014).

Croissance incroyable et amélioration significative de tous les paramètres avec un joint hermétique en caoutchouc nitrile synthétique.

Tout est en cours

"Graphétron 1.0" Mikhaïl Predtechensky fait probablement partie de ces machines qui vont révolutionner le 21e siècle. Il s'agit de sur un réacteur capable de traiter de gros volumes à l'aide de précurseurs et de catalyseurs peu coûteux. Comment ça fonctionne? C’est un secret absolu très bien gardé. Christophe Siara et Jean-Nicolas Helt ont assuré en riant qu'ils n'en savaient rien et qu'ils ne le sauraient jamais. Et le tout premier des papiers de travail qu’ils ont signés, comme tout le personnel, était un accord de non-divulgation ! " Graphétron 1.0 "va montrer pendant conférence scientifique en novembre, mais gageons que cela ne nous apportera rien. Mais le plus important est que cela permet d'établir un flux continu de synthèse de nanotubes de carbone simple paroi Haute qualité prix raisonnable. On estime que ces 10 tonnes annuelles représentent aujourd’hui 90 % de la synthèse mondiale de nanotubes simple paroi. Dès 2017, l’entreprise prévoit de commencer à synthétiser 50 tonnes de nanotubes supplémentaires !

Les prix des produits TUBALL ? – C’est interdit de parler de ça. Secret de commerce. Seules les brochures de l'entreprise le révèlent : on a le sentiment que c'est très loin des estimations correctes, mais au moins cela donne une idée du coût approximatif des nanotubes : l'expédition depuis Novossibirsk coûte 8 dollars américains par gramme pour un petit volume de commande, 2 dollars américains pour les grosses commandes. OCSiAl assure modestement avoir réduit le prix d'au moins 25 fois.

Cette course effrénée à l'augmentation des volumes de production s'explique par la polyvalence de TUBALL. OCSiAl ne commercialise pas seulement des nanotubes de carbone, mais un additif quasi universel capable de fournir une augmentation explosive des performances d'environ 70 % matériaux utiles sur notre planète.

Additif polyvalent, performances incroyables

Évoquer les propriétés de TUBALL revient pratiquement à faire le grand écart : plus on plonge dans des profondeurs visibles uniquement au microscope, plus on atteint les sommets de l'efficacité ! Reprenons-le brièvement : sa stabilité thermique reste jusqu'à 1 000°C, il est 100 fois plus résistant que l'acier, et sa surface dépasse toute compréhension raisonnable : 1 gramme de la surface développée d'un nanotube TUBALL recouvre 2 terrains de basket, soit 3 000 m 2 .

Tout cela ne servirait à rien sans un complément propriété fondamentale– son étonnante capacité de dispersion. Grâce à des tubes très fins et longs, TUBALL crée de nombreux réseaux qui se mélangent de manière invisible aux autres éléments et les rendent plus solides. Ainsi, un volume ridicule de TUBALL, de 1/1 000 à 1/10 000 du poids total, suffit à donner aux caractéristiques du matériau une augmentation explosive. Le nanotube à paroi unique (SW) est la véritable SOLUTION à de nombreuses avancées technologiques du 21e siècle.

Une petite bouteille de 1 gramme de TUBALL, que la société OCSiAl place dans la main du visiteur pour qu'il puisse mieux « évaluer » le produit, est une garantie de succès à 100% lorsqu'il commence à parler en détail de son contenu : 1015 pièces, soit 1 000 000 000 000 000 (un million de milliards) de tubes ! S’ils étaient mis bout à bout, la longueur résultante serait d’environ 50 millions de kilomètres !

OCSiAl représente brièvement tout ce dont TUBALL est capable dans un diagramme sous la forme d'une belle fleur avec de nombreux pétales. En sélectionnant ses propriétés, conductivité, résistance, neutralité chimique, transparence, etc., ou en les additionnant, vous ouvrez un grand nombre d'applications possibles. TUBALL est véritablement « l’amplificateur universel » qu’il prétend être.

Et pour faciliter l’utilisation d’un additif conducteur, les nanotubes TUBALL sont rarement fournis uniquement sous forme de poudre. Ils sont proposés dans des options d'utilisation beaucoup plus pratiques : sous forme de liquide, de polymère, d'huile, de caoutchouc, etc. même sous forme de suspension dans des solvants. Cela garantit la facilité de mélange et de dispersion. Par exemple, 50 grammes de nanotubes TUBALL dissous dans 50 kg de résine époxy ou polyester confèrent immédiatement une conductivité aux matériaux, ce qui est très pratique pour des sols pouvant même être colorés !

Flexibilité – sécurité

Les concentrés prêts à l'emploi présentent un autre avantage : ils assurent la sécurité lors du travail avec des nanotubes. Leur forme primaire et leur très petite taille leur permettent d'atteindre le cœur même des cellules du corps humain, des précautions doivent donc être prises même si le carbone n'est pas toxique pour l'homme. Les nanotubes introduits dans la matrice ne peuvent pas s'évaporer dans l'atmosphère, ce qui rend leur utilisation sûre et rassure ceux qui craignent les effets cancérigènes comme l'amiante. Organisation mondiale Les autorités sanitaires (OMS) suggèrent que les nanotubes sont similaires aux fibres. Cependant, les caractéristiques des nanotubes de carbone monoparois TUBALL sont très différentes des caractéristiques des nanotubes de carbone multiparois que nous évoquions au tout début. « Pour être clair, résume Christophe Ciara, si les nanotubes de carbone multiparois sont un club de golf, alors les nanotubes de carbone monoparois TUBALL sont un tuyau d'arrosage. La forme solide et la présence de rugosité permettent aux nanotubes de carbone à parois multiples de pénétrer dans la cellule et de s'y attacher. Mais en même temps, la forme dure et rigide des nanotubes à parois multiples crée un certain nombre de problèmes qui peuvent être évités en utilisant des nanotubes TUBALL à paroi unique flexibles et longs qui, en raison de leurs caractéristiques, ne pénètrent pas dans la cellule elle-même. .

L'OCSiAl est très attentive à l'étude de cette problématique, elle suit donc toutes les recherches menées dans le monde. Depuis 2008, l'entreprise supervise notamment les travaux du BAuA, un institut gouvernemental allemand chargé d'élaborer des normes industrielles, et notamment de déterminer les caractéristiques des produits pour assurer la sécurité des travailleurs. TUBALL a été pris sous sa forme la plus simple : la poudre, achetée par 10 % des clients. Les nanotubes ont reçu des résultats positifs concernant la sécurité de leur utilisation pour environnement. Il n'y avait qu'un seul problème : il n'y avait aucun moyen d'éliminer l'air des nanotubes par filtration, car, en raison de leur trop petite taille, ils échappaient à tous les matériaux connus ! En attendant, la recherche d'une solution est en cours (ils y travaillent), OCSiAl n'oublie pas le principe de précaution, en proposant d'utiliser les protections les plus efficaces pour la forme poudre de TUBALL, qui en elles-mêmes sont déjà obligatoires. lorsque l'on travaille avec les réactifs chimiques les plus dangereux : un masque qui couvre tout le visage, une combinaison, des gants, des bottes. Pour la composition liquide de la substance, des lunettes, des gants et une combinaison suffisent.

OCSiAl se soucie également de l'intégrité du cycle de vie de ses produits. La nouvelle est encourageante car, une fois introduits dans une matrice puis dans de nouveaux matériaux, les nanotubes y restent. Ayant reçu tous les degrés de protection contre les dangers qu’ils peuvent présenter, les nanotubes TUBALL deviennent un réactif chimique « normal » soumis aux réglementations les plus strictes récemment introduites. Ainsi, avec plaisir mais sans grande surprise, OCSiAl a reçu en octobre la certification REACH, lui permettant de fournir désormais jusqu'à 10 tonnes de nanotubes par an sur le marché européen.

La grande révolution du pneu

Depuis l’apparition des pneus, tous les fabricants sont à la recherche de technologies susceptibles d’améliorer les caractéristiques du matériau. Des additifs tels que l'argile et le talc au carbone, nous nous efforçons toujours d'améliorer la résistance des pneus. L’émergence du silicium en 1991 a complètement modifié la situation du marché. Le silicium permet de donner au caoutchouc des proportions universelles qui s'adaptent à des charges spécifiques. Le silicium est devenu une condition essentielle pour les performances des pneus, mais tout cela n'est rien comparé au bond en avant qui se produira après l'entrée de TUBALL dans l'industrie du pneu.

Avec plus de 17 ans d'expérience chez Goodyear, Jean-Nicolas Helt a visé juste. Le diagramme de la page 53 montre la dispersion du TUBALL dans les composés des pneus. À gauche se trouvent deux particules de carbone noir qui semblent assez isolées dans le cube de polymère. L'image centrale montre les résultats du renforcement d'un produit à l'aide de nanotubes de carbone à parois multiples - assez courts, durs et empilés. En regardant l'image, vous pouvez voir que le gain s'est avéré assez faible et inefficace. À droite, TUBALL, dans un rapport de seulement 1/1 000 par rapport au poids total, remplit le cube à 100 % d'un réseau très dense de nanotubes de carbone à paroi unique étroitement liés les uns aux autres. Ainsi, cette mini-charge a un grand effet de renforcement du fait qu'elle est très structurée et permet une cohésion accrue des composants. Dans tous les cas, de telles connexions renforcées ont un meilleur effet, réduisant la mobilité des composants et donc leur usure. Il est tout à fait logique que cela Un réseau 3D de nanotubes de carbone à paroi unique forme un deuxième squelette dans le caoutchouc du pneu, lui permettant de ralentir le processus d'usure. De plus, TUBALL est chimiquement neutre, il est donc plus résistant à la chaleur, aux rayons ultraviolets et à la pollution par les hydrocarbures que les autres composants de départ.

« Attention, précise Jean-Nicolas Helt, TUBALL traite la suie au même titre que le silicium. Le pneu conserve ses caractéristiques de base et, en ajoutant même de très petites quantités de nanotubes de carbone à paroi unique, les caractéristiques commencent à s'améliorer considérablement. Un autre avantage de TUBALL est quequ'il s'agit d'un conducteur extrêmement résistant, il est donc possible de réaliser un couvercle de bus 100 % silicium mais également 100 % conducteur d'électricité statique, plutôt que de devoir l'isoler. Cela élimine le besoin d’une bande de caoutchouc NdC le long de l’équateur des pneus haut de gamme, qui libère de l’électricité statique dans le sol. C’est un autre gain important obtenu.

Schéma A. Les araignées bleues représentent les performances du mélange classique, les zones roses montrent le gain que l'on peut obtenir en ajoutant du silicium. Circuits à comparer avec le circuit B suivant, qui résout ce problème en ajoutant TUBALL.

Schéma B. Le principe est le même que dans le schéma A précédent, l'échelle de valeurs est la même. On peut conclure que les surfaces roses présentent des performances améliorées avec l'ajout de TUBALL.

Polymères avec ajout de TUBALL

TUBALL a le même effet sur les polymères que sur les charges renforçantes. Ainsi, les ingénieurs peuvent facilement développer des pneus « à la carte » en ajoutant l'un ou l'autre polymère, en conservant l'une ou l'autre caractéristique, qui ne sera en aucun cas altérée par le développement puissant d'autres indicateurs. Par exemple, les défauts de certains pneus sur sol sec ou mouillé peuvent être compensés grâce à l'utilisation de TUBALL. Ce sera également une bonne option pour les pneus de moto, car il améliorera simultanément l’adhérence et l’usure. «Cela peut tout améliorer», résume succinctement Jean-Nicolas Helt. Mais quel est le prix ? Compte tenu du volume négligeable à ajouter au mélange (quelques millièmes du poids total) et du coût raisonnable du TUBALL, Jean-Nicolas Helt estime que les coûts de fabrication passeront de 2 à 3 dollars par pneu, ce qui est relativement cher mais gérable. pour un pneu premium, qui devraient être les premiers à adopter TUBALL, car pour eux, l'augmentation de l'efficacité passe avant tout. Et c'est absolument vrai, parce que grand nombre les fabricants se tournent déjà vers TUBALL, surtout après avoir reçu des résultats positifs de tests effectués dans des laboratoires indépendants, par exemple dans le laboratoire n°1 mondial Smithers. C'est alors que toutes les affirmations d'OCSiAl ont été testées et confirmées, y compris le fait que dépasser les petits volumes prescrits par TUBALL n'apporte aucune amélioration. « Vous n’avez pas besoin d’en ajouter plus que ce dont vous avez besoin », telle est la conclusion !

La conclusion précise également que le dosage du TUBALL pour les mélanges est très simple, puisque le processus lui-même ne change pas (mélange, extrusion, cuisson, etc.) et qu'il suffit d'ouvrir la cuve du TUBALL pour verser son contenu dans le mélangeur Banbury. OCSiAl commercialise son TUBALL MATRIX 603 sous la forme d'un concentré prêt à l'emploi - des nanotubes mélangés à des caoutchoucs de synthèse (naturels, styrène butadiène, nitrile butadiène, etc.) plus de l'huile de procédé éthoxylate d'alcool tridécylique (TDAE), dont la plupart souvent utilisé pour les pneus. TUBALL existe également sous forme de suspension en un nombre énorme solvants (MEK, isopropanol, éthylène glycol, acétate d'éthyle, N-méthylpyrrolidone, glycérine ou encore eau). Idéales en termes de sécurité, ces formulations sont extrêmement simples à utiliser.

Simple et idéale à utiliser, cette solution peut être rendue encore plus facile en ajoutant du TUBALL au polymère au moment de sa polymérisation : plus aucune opération supplémentaire n'est nécessaire lors du mélange ! Cette méthode d'introduction d'un polymère au « moment de la naissance » déplace le problème du fabricant vers le fournisseur du caoutchouc synthétisé, mais OCSiAl y a déjà réfléchi en entamant une coopération avec LANXESS. En d’autres termes, TUBALL se prépare à entrer dans l’industrie du pneumatique par deux portes à la fois, c’est-à-dire que sa progression sera encore plus rapide.

Même si l'ajout de caoutchoucs naturels ne peut avoir lieu qu'au moment du mélange, l'utilisation de TUBALL offrira d'excellentes perspectives même lorsqu'il sera ajouté directement au cours du processus de fabrication à d'autres caoutchoucs synthétisés, à l'isoprène ou au nitrile butadiène. Ce dernier a fait un véritable bond en avant dans l'industrie, passant à un nouveau niveau de résistance des joints dans tous les domaines... En termes simples, le marché des pneus, du caoutchouc industriel (les gants de chirurgien en latex sont passés aux TUBALL), des polymères, des élastomères, des composites , batteries, photovoltaïque, écrans flexibles, encre magnétique, béton antistatique, peintures, céramiques, cuivre, semi-conducteurs, vitraux, rubans adhésifs, etc. – ce sont toutes des zones cibles où TUBALL peut être appliqué. Et maintenant, nous comprenons mieux toutes les perspectives du projet. » Graphétron 50", visant à assurer une croissance explosive des caractéristiques de 70% des produits existants dans l'industrie...

Diagramme C. La ligne droite ci-dessous représente les mélanges classiques, la ligne pointillée verte représente les mélanges avec ajout de silicium et la ligne transversale bleue montre l'amélioration des performances des pneus lors de l'ajout de TUBALL.

Déjà la compétition...

Pour ceux qui doutent encore des bénéfices dont bénéficient les fabricants de pneumatiques en utilisant TUBALL, Jean-Nicolas Helt présente trois schémas. Les deux premiers sont des « araignées » classiques qui comparent les indicateurs « d’efficacité » de trois différents types pneus - conventionnels, améliorés grâce au silicium et pneus avec l'ajout de TUBALL. Le premier tableau (A) visualise sous forme de zones rose clair, la percée obtenue grâce à l'utilisation du silicium est certes importante, mais elle est encore loin d'influencer l'ensemble des caractéristiques des pneumatiques.

La seconde (B) est basée sur le même principe, mais cette fois, les zones TUBALL rose clair occupent la majeure partie de la surface, montrant une augmentation significative des performances dans presque tous les paramètres. Par ailleurs, les faibles volumes de matière utilisés sont surprenants : 0,2% pour le concentré de caoutchouc naturel, 0,1% pour les deux autres, sous forme de concentré d'huile.

Le troisième schéma (C) est connu depuis longtemps dans la presse spécialisée. Deux lignes droites déterminent les caractéristiques des mélanges « suie » (ci-dessous, bleu foncé) et les indicateurs « silicium » plus efficaces, qui sont mis en évidence en pointillés verts. La troisième ligne droite, qui passe clairement d'en haut, visualise des mélanges avec l'ajout de TUBALL - mis en évidence en haut bleu. Le graphique montre clairement les avantages apportés par les nanotubes de carbone à simple paroi.

Certains fabricants sont déjà prêts à être proactifs en annonçant l'utilisation du nanocarbone. Cela ne veut pas dire que d'autres fabricants n'utilisent pas déjà le nanocarbone, même s'ils n'en parlent pas... Depuis le début de l'année, le fabricant de pneus de vélo Vittoria vend des pneus avec l'ajout de graphène, le matériau de base des nanotubes TUBALL. (retournez au début de l'article si vous avez déjà oublié !). Vittoria l'utilise sous forme de couches incorporées dans le pneu et affirme avoir trouvé un compromis jusqu'alors inatteignable : améliorer simultanément la résistance au roulement tout en obtenant également la résistance à la crevaison, une caractéristique importante pour les cyclistes. «Tout améliorer d'un coup», voilà que le concours confirme les propos de Jean-Nicolas Elt...

La deuxième nouvelle est venue de Chine, où en août un accord a été conclu entre Sentury Tire et Huago sur les conditions de production de pneus avec ajout de graphène. On ne sait pas encore comment, mais de toute façon, la technologie sera définitivement différente de celle des pneus Vittoria. De telles nouvelles témoignent d'un progrès global : résistance au roulement et kilométrage multipliés par 1,5. Et puis, le 22 septembre, deux représentants de l'entreprise ont présenté leur « premier-né » en graphène lors d'une grande réunion de spécialistes du carbone « GrapChina ». Au même moment et lors de la même réunion, le constructeur Shangdong a officiellement annoncé qu'il produirait désormais des pneus avec l'ajout de graphène. Et tous ceux qui l'utilisent font référence au fait qu'il a été inventé lauréats du prix Nobel. C’est un argument dans le débat que TUBALL ne peut pas revendiquer, même si les nanotubes ont été inventés avant le graphène !

Gageons que le nombre de nouvelles de ce genre va croître très rapidement. 2016 marque le point de départ du carbone dans l’industrie du pneumatique. Et ce changement ne fait que commencer, et OCSiAl avec ses nanotubes est à la pointe de cette transformation. Et c’est un processus qui mérite notre attention… Pour de nombreuses années à venir…

Jean-Pierre Gosselin

Les nanotubes de carbone à simple paroi ont été découverts en 1993. Deux articles ont été publiés simultanément dans un numéro du magazine Nature, dans lequel les chercheurs japonais Ichihashi et Sumio Iijima, ainsi que des scientifiques d'IBM, ont publié des résultats sur la possibilité de synthétiser des nanotubes de carbone à simple paroi à l'aide de catalyseurs métalliques. Les nanotubes de carbone sont champions et détenteurs de records parmi d'autres matériaux.

Considérons propriétés physiques. Conductivité. La conductivité électrique des nanotubes de carbone est bien supérieure à celle du cuivre et de l'argent. De plus, la conductivité balistique est observée à une distance de plusieurs micromètres. D’autre part, les nanotubes de carbone constituent un matériau semi-conducteur remarquable, comparable au silicium dans ses caractéristiques. En utilisant des nanotubes de carbone à paroi unique, il est possible d'obtenir des transistors dans lesquels la mobilité des porteurs de charge est nettement supérieure à celle des transistors en silicium traditionnels. De plus, les nanotubes simple paroi permettent d'obtenir des transistors sur des substrats souples et transparents. Les nanotubes de carbone simple paroi possèdent des propriétés thermiques remarquables, meilleures que celles du diamant : la conductivité thermique dans les tubes est environ 2 fois supérieure. De plus, les nanotubes de carbone à paroi unique constituent un émetteur de champ efficace d’électrons froids.

La stabilité thermique des nanotubes de carbone est assez élevée : on peut, sans crainte de les détruire, les chauffer jusqu'à 1500 degrés Celsius, tandis que leur principal concurrent - les conducteurs organiques - commencent à s'effondrer à des températures d'environ 150 degrés Celsius. Les nanotubes de carbone sont un matériau très léger. D'autre part, ils ont une résistance spécifique élevée, 25 fois supérieure à celle de l'acier à haute résistance. C'est presque le seul matériau à partir duquel il serait possible de créer un ascenseur spatial en connectant un élément rotatif orbite géostationnaire un satellite avec la Terre, sous la forme d'un câble sur lequel il serait possible de soulever des charges dans l'espace. Les ajouts de nanotubes de carbone aux polymères permettent d'obtenir des composites dont les propriétés mécaniques changent, produisant des matériaux composites très résistants dans lesquels la conductivité électrique varie également. Si le matériau est recouvert d'une couche de nanotubes de carbone, il est alors possible d'obtenir une couche qui protégera et protégera le matériau des ondes électromagnétiques.

Qu’en est-il des applications énergétiques : les nanotubes de carbone peuvent être utilisés comme anode dans les batteries au lithium, comme supercondensateurs, et en plus, ce sont des éléments efficaces dans énergie solaire- sur les colorants, ainsi que sur les hétérojonctions, où la couche π de silicium a été remplacée par des nanotubes simple paroi. De plus, il est possible de réaliser divers capteurs de gaz et optiques avec une gamme spectrale assez large à partir de nanotubes de carbone. Les nanotubes de carbone peuvent être utilisés comme électrodes transparentes et transistors. J'aimerais en parler un peu plus en détail, mais plus tard.

Je voudrais parler de la conductivité des nanotubes de carbone. Comme je l’ai dit, les nanotubes de carbone à simple paroi sont à la fois un bon conducteur métallique et un excellent semi-conducteur. Le type de conductivité est déterminé par le groupe de symétrie. Si l’on connaît les indices de chiralité, on peut prédire les propriétés métalliques d’un nanotube de carbone. Si la différence entre ces indices est de 0 ou un multiple de 3, on obtient des nanotubes de carbone qui ont des propriétés métalliques, alors que tous les autres nanotubes seront semi-conducteurs. Il est évident que 1/3 des nanotubes de carbone sont métalliques et 2/3 sont semi-conducteurs. Malheureusement, aucune des méthodes existantes actuellement ne permet la synthèse de nanotubes de carbone présentant une chiralité spécifique. Que dire de la chiralité - il est impossible d'obtenir des nanotubes de carbone même avec une certaine métallicité.

Sur la base des méthodes d'atomisation du carbone, toutes les méthodes de synthèse des nanotubes de carbone peuvent être divisées en méthodes physiques et chimiques. Méthode physique basé sur l'évaporation et la sublimation du carbone. Nous savons que le graphite a une très faible pression vapeurs saturées Par conséquent, pour vaporiser le graphite, il doit être chauffé à des températures supérieures à 3 000 Kelvin. Cela peut être réalisé en utilisant l’énergie solaire, le chauffage par induction, l’ablation laser ou la décharge par arc électrique. Cette méthode était très populaire au début de la recherche sur les nanotubes de carbone, mais les températures élevées rendent malheureusement impossible le contrôle des propriétés du matériau obtenu. Par conséquent, récemment, il y a eu une tendance à étudier les nanotubes de carbone à paroi unique - plus précisément leurs méthodes de production - par des méthodes chimiques. Cette méthode est basée sur la décomposition des composés carbonés - il peut s'agir d'hydrocarbures, d'alcools, de cétones, de toute matière organique, de monoxyde de carbone.

À son tour, méthodes chimiques Je le diviserais en synthèse de nanotubes de carbone sur substrats et en phase gazeuse. La synthèse de nanotubes de carbone sur substrats est la méthode la plus courante. Il permet d'obtenir des nanotubes de carbone : on peut prendre un substrat inerte, y former des nanoparticules de catalyseur, placer un tel substrat dans un réacteur pendant un certain temps (généralement 5, 10, 20 ou 30 minutes), puis profiter des images obtenues. sur votre substrat au microscope électronique. En revanche, la méthode aérosol n'est pas basée sur l'utilisation d'un substrat et tous les processus de formation de nanotubes de carbone se déroulent en phase gazeuse. Il existe ici une limitation de temps sérieuse, puisqu'environ 10 à 12 secondes s'écoulent entre l'entrée et la sortie de la vapeur dans le réacteur. Pendant ce temps, tout doit se produire : la décomposition du catalyseur précurseur (généralement dans de telles méthodes, on utilise soit du pentacarbonyle de fer, soit du ferrocène), puis la formation de particules catalytiques de taille nanométrique, de 1 à 5 nanomètres, la décomposition ou décomposition du carbone composants à la surface du catalyseur et la croissance des nanotubes de carbone. 12 secondes sont allouées pour tout.

La méthode des aérosols pour étudier les nanotubes de carbone a été proposée pour la première fois en 1999 à l'Université de Houston. Moi aussi, je synthétise des nanotubes de carbone par la méthode des aérosols depuis environ 13 ans. Je pense que cette méthode est la plus prometteuse de toutes, car elle permet d'obtenir des nanotubes de carbone de haute qualité sans particules catalytiques inutilisées, sans carbone amorphe, c'est-à-dire un produit qui, à la sortie du réacteur, est prêt à être largement utilisé. Après le réacteur, les nanotubes de carbone sont déposés sur un filtre. Ils peuvent ensuite être transférés sur n’importe quel autre substrat. Ce processus ne prend littéralement que quelques secondes, mais permet d'obtenir très rapidement des électrodes transparentes de haute qualité.

Dans nos travaux, nous avons utilisé des nanotubes de carbone dans de nombreux domaines, des filtres à l'électronique. Laissez-moi vous donner quelques exemples. Filtres aérosols. A travers un film de nanotubes de carbone, un flux gazeux contenant des particules d'aérosol dont on souhaite se débarrasser passe assez facilement, sans créer de résistance. De plus, les nanopores permettent de filtrer presque tous les objets. Nous avons mesuré les caractéristiques d'un tel filtre et constaté que le facteur de qualité des filtres fabriqués à partir de nanotubes de carbone à paroi unique est d'un ordre de grandeur supérieur à celui des analogues disponibles dans le commerce. De plus, nous avons utilisé des nanotubes de carbone comme capteurs électrochimiques - des tests standards pour la dopamine nous ont permis de déterminer des niveaux de sensibilité inférieurs à 100 millinanomoles sur une plage assez large - environ 4 ordres de grandeur en concentration. Le film de nanotubes de carbone est un remarquable absorbeur laser qui produit des impulsions de 200 femtosecondes. De plus, les nanotubes de carbone peuvent être utilisés comme débitmètre, réchauffeur d'air, lampe à incandescence et autres appareils. Nous avons créé, entre autres, un haut-parleur thermoacoustique utilisant des nanotubes de carbone en suspension libre. De plus, les électrodes transparentes ont des propriétés remarquables, qui, je pense, apparaîtront bientôt sur le marché, car les électrodes transparentes fabriquées à partir de nanotubes de carbone à simple paroi ont des caractéristiques remarquables comparables à celles de l'oxyde d'indium dopé à l'étain.

Les nanotubes de carbone à paroi unique peuvent et seront très probablement utilisés en électronique comme électrodes transparentes. En anglais, ça s'appelle Remplacement ITO- remplacement de l'oxyde d'indium dopé à l'étain, c'est un matériau utilisé dans 75% des téléphones portables et gadgets. On sait que l'indium est un matériau de terres rares ; de plus, l'oxyde d'indium dopé à l'étain est un matériau assez fragile qui ne peut pas être utilisé pour l'électronique flexible et transparente, tandis que les nanotubes de carbone à simple paroi, ou plus précisément les films fabriqués à partir de ceux-ci, peuvent être plié plusieurs dizaines de milliers de fois sans pratiquement aucun changement dans la résistance de surface. De plus, notre matériau peut être utilisé pour réaliser des transistors à effet de champ en couches minces, qui présentent des caractéristiques remarquables, comparables aux technologies traditionnelles du silicium, et parfois même les dépassant, avec des rapports de courant passant/blocage de 106 et 108 et avec des charges mobilité du porteur de l'ordre de 1 000 centimètres carrés ou plus par volt pendant une seconde.

La méthode aérosol pour la synthèse de nanotubes de carbone et la préparation de films déposés sur filtre représente une opportunité unique pour la préparation de composants pour l'électronique flexible et transparente. Le dépôt s'effectue à température ambiante, cette technologie ne nécessite pas de vide, elle est assez rapide et peu coûteuse. Notre objectif est de créer une production à grande échelle de nanotubes de carbone avec la possibilité d'utiliser la technologie roll-to-roll pour une utilisation dans l'électronique flexible et transparente.

Fullerènes et nanotubes de carbone. Propriétés et applications

En 1985 Robert Curl, Harold Croteau Et Richard Smalley découvert de manière complètement inattendue un composé de carbone fondamentalement nouveau - fullerène , propriétés uniques ce qui a déclenché une vague de recherches. En 1996, les découvreurs des fullerènes ont reçu le prix Nobel.

La base de la molécule de fullerène est carbone- celui-ci est unique élément chimique, caractérisé par la capacité de se combiner avec la plupart des éléments et de former des molécules de composition et de structure les plus variées. Depuis cours scolaire chimie, vous savez bien sûr que le carbone a deux principaux états allotropiques-graphite et diamant. Ainsi, avec la découverte du fullerène, on peut dire que le carbone a acquis un autre état allotropique.

Examinons d’abord les structures des molécules de graphite, de diamant et de fullerène.

Graphitea structure en couches (Fig.8) . Chaque couche est constituée d'atomes de carbone liés de manière covalente les uns aux autres dans des hexagones réguliers.

Riz. 8. Structure graphite

Les couches adjacentes sont maintenues ensemble par de faibles forces de Van der Waals. Ils glissent donc facilement les uns sur les autres. Un exemple de ceci serait un simple crayon : lorsque vous faites glisser une tige de graphite sur du papier, les couches se « décollent » progressivement les unes des autres, laissant une marque dessus.

diamanta trois dimensions structure tétraédrique (Fig. 9). Chaque atome de carbone est lié de manière covalente à quatre autres. Tous les atomes du réseau cristallin sont situés à la même distance (154 nm) les uns des autres. Chacun d'eux est relié aux autres par une liaison covalente directe et forme dans le cristal, quelle que soit sa taille, une macromolécule géante.

Riz. 9. Structure en diamant

Grâce à la haute énergie des liaisons covalentes C-C, le diamant a la résistance la plus élevée et est utilisé non seulement comme pierre précieuse, mais également comme matière première pour la fabrication d'outils de coupe et de meulage des métaux (les lecteurs ont peut-être entendu parler du traitement du diamant de divers métaux)

Fullerènestire leur nom de l'architecte Buckminster Fuller, qui a inventé des structures similaires destinées à la construction architecturale (c'est pourquoi elles sont également appelées boules de Bucky). Le fullerène a une structure qui rappelle beaucoup celle d'un ballon de football, composée de « pièces » de formes à 5 et 6 gonaux. Si nous imaginons qu'il y a des atomes de carbone aux sommets de ce polyèdre, nous obtenons alors le fullerène C60 le plus stable. (Fig.10)

Riz. 10. Structure du fullerène C60

Dans la molécule C60, qui est la représentante la plus connue et aussi la plus symétrique de la famille des fullerènes, le nombre d'hexagones est de 20. De plus, chaque pentagone borde uniquement des hexagones, et chaque hexagone a trois côtés communs avec des hexagones et trois avec des pentagones. .

La structure de la molécule de fullerène est intéressante dans la mesure où à l'intérieur d'une telle « boule » de carbone se forme une cavité dans laquelle, grâce à propriétés capillaires des atomes et molécules d'autres substances peuvent être introduits, ce qui permet, par exemple, de les transporter en toute sécurité.

Au fur et à mesure que les fullerènes étaient étudiés, leurs molécules ont été synthétisées et étudiées, contenant différents nombres d'atomes de carbone - de 36 à 540. (Fig. 11)

un B C)

Riz. 11. Structure des fullerènes a) 36, b) 96, c) 540

Cependant, la diversité des structures de cadres en carbone ne s'arrête pas là. En 1991, un professeur japonais Sumio Iijima découvert de longs cylindres de carbone appelés nanotubes .

Nanotube est une molécule de plus d'un million d'atomes de carbone, qui est un tube d'un diamètre d'environ un nanomètre et d'une longueur de plusieurs dizaines de microns . Dans les parois du tube, les atomes de carbone sont situés aux sommets d'hexagones réguliers.

Riz. 13 Structure d'un nanotube de carbone.

a) vue générale du nanotube

b) nanotube déchiré à une extrémité

La structure des nanotubes peut être imaginée de cette façon : nous prenons un plan de graphite, en découpons une bande et la « collons » dans un cylindre (en réalité, bien sûr, les nanotubes se développent d'une manière complètement différente). Il semblerait que cela pourrait être plus simple : vous prenez un avion en graphite et vous le roulez en cylindre ! – cependant, avant la découverte expérimentale des nanotubes, aucun théoricien ne les avait prédits. Les scientifiques ne pouvaient donc que les étudier et être surpris.

Et il y avait de quoi être surpris - après tout, ces étonnants nanotubes pèsent 100 000.

fois plus fin qu’un cheveu humain, s’est avéré être un matériau extrêmement durable. Les nanotubes sont 50 à 100 fois plus résistants que l’acier et ont six fois moins de densité ! Module d'Young - Le niveau de résistance du matériau à la déformation est deux fois plus élevé pour les nanotubes que pour les fibres de carbone classiques. Autrement dit, les tubes sont non seulement solides, mais également flexibles, et leur comportement ne ressemble pas à des pailles cassantes, mais à des tubes en caoutchouc dur. Sous l'influence de contraintes mécaniques dépassant les limites critiques, les nanotubes se comportent de manière assez extravagante : ils ne se « déchirent », ne se « cassent » pas, mais se réorganisent simplement !

Actuellement, la longueur maximale des nanotubes est de plusieurs dizaines et centaines de microns, ce qui est bien sûr très grand à l'échelle atomique, mais trop court pour un usage quotidien. Cependant, la longueur des nanotubes résultants augmente progressivement - les scientifiques se rapprochent désormais déjà de la barre des centimètres. Des nanotubes multiparois de 4 mm de long ont été obtenus.

Les nanotubes se présentent sous différentes formes : à paroi simple et à parois multiples, droites et en spirale. De plus, ils démontrent toute une gamme de propriétés électriques, magnétiques et optiques les plus inattendues.

Par exemple, en fonction du motif de pliage spécifique du plan de graphite ( chiralité), les nanotubes peuvent être à la fois conducteurs et semi-conducteurs de l’électricité. Les propriétés électroniques des nanotubes peuvent être délibérément modifiées en introduisant des atomes d'autres substances à l'intérieur des tubes.

Les vides à l’intérieur des fullerènes et des nanotubes attirent depuis longtemps l’attention.

scientifiques. Des expériences ont montré que si un atome d’une substance est introduit à l’intérieur d’un fullerène (ce processus est appelé « intercalation », c’est-à-dire « incorporation »), cela peut modifier ses propriétés électriques et même transformer un isolant en supraconducteur !

Est-il possible de modifier les propriétés des nanotubes de la même manière ? Il s'avère que oui. Les scientifiques ont pu placer à l’intérieur d’un nanotube toute une chaîne de fullerènes contenant déjà des atomes de gadolinium. Les propriétés électriques d’une structure aussi inhabituelle étaient très différentes à la fois des propriétés d’un simple nanotube creux et de celles d’un nanotube contenant des fullerènes vides. Il est intéressant de noter que symboles chimiques. La structure décrite ci-dessus s'écrit Gd@C60@SWNT, ce qui signifie « Gd à l'intérieur de C60 à l'intérieur d'un nanotube à paroi unique ».

Les fils pour macrodispositifs à base de nanotubes peuvent faire passer le courant pratiquement sans générer de chaleur, et le courant peut atteindre une valeur énorme - 10 7 A/cm2 . Un conducteur classique à de telles valeurs s'évaporerait instantanément.

Plusieurs applications des nanotubes dans l'industrie informatique ont également été développées. Déjà en 2006, apparaîtront des moniteurs d'émission à écrans plats fonctionnant sur une matrice de nanotubes. Sous l'influence d'une tension appliquée à une extrémité du nanotube, l'autre extrémité commence à émettre des électrons qui frappent l'écran phosphorescent et font briller le pixel. Le grain de l’image résultant sera incroyablement petit : de l’ordre du micron !(Ces moniteurs sont étudiés dans le cours Périphériques).

Un autre exemple est l’utilisation d’un nanotube comme pointe de microscope à balayage. Habituellement, un tel bord est une aiguille en tungstène affûtée, mais selon les normes atomiques, un tel affûtage est encore assez grossier. Un nanotube est une aiguille idéale d'un diamètre de l'ordre de plusieurs atomes. En appliquant une certaine tension, il est possible de capter des atomes et des molécules entières situées sur le substrat directement sous l'aiguille et de les transférer d'un endroit à l'autre.

Les propriétés électriques inhabituelles des nanotubes en feront l’un des principaux matériaux de la nanoélectronique. Sur cette base, des prototypes de nouveaux éléments pour ordinateurs ont été réalisés. Ces éléments rendent les appareils plus petits de plusieurs ordres de grandeur par rapport à ceux en silicium. La question de savoir dans quelle direction ira le développement de l'électronique une fois que les possibilités de miniaturisation ultérieure des circuits électroniques basés sur des semi-conducteurs traditionnels seront complètement épuisées est actuellement activement discutée (cela pourrait se produire dans les 5 à 6 prochaines années). Et les nanotubes occupent indéniablement une place de leader parmi les candidats prometteurs à la place du silicium.

Une autre application des nanotubes en nanoélectronique est la création d'hétérostructures semi-conductrices, c'est-à-dire des structures de type « métal/semiconducteur » ou la jonction de deux semiconducteurs différents (nanotransistors).

Désormais, pour réaliser une telle structure, il ne sera plus nécessaire de faire pousser deux matériaux séparément puis de les « souder » ensemble. Il suffit de créer un défaut structurel lors de la croissance du nanotube (à savoir remplacer l'un des hexagones de carbone par un pentagone) simplement en le cassant au milieu d'une manière particulière. Alors une partie du nanotube aura des propriétés métalliques, et l’autre aura des propriétés semi-conductrices !