Les Nanotubes de Carbone

Introduction Avancée technologique oblige Miser sur la miniaturisation Augmenter la performance / le poids Découverte importante : les nanotubes de carbone 1952 : Radushkevich et Lukyanovich image claire Recherche ralentie (informations inaccessibles) But de cette présentation: Qui sont-ils? Quels intérêts ont-ils?

Brève définition Deux grandes familles : Monofeuillets Une feuille de graphène enroulée sur elle-même Graphène : cristal de carbone (voir figure)

Brève définition Deux grandes familles : Multifeuillets Plusieurs feuilles de graphène Modèle parchemin Modèle poupées russes 5

Propriétés Mécaniques Electriques Emission de champs Un petit bilan

Propriétés Mécaniques La densité Eléments tout carbone Très léger Densité faible (masse/volume) Représente 1/6 de celle de l’acier 7

Propriétés Mécaniques La rigidité Des liaisons carbone-carbone Microscope atomique Mesure le module d’élasticité 1 TPa (1000 GigaPacal) 10 fois celui de l'acier. De la contrainte à la rupture 45 GPa (20 fois celle de l'acier)

Propriétés Electriques Beaucoup d ’atomes / d’électrons Création de bandes d’énergie Niveau de Fermi se trouvant Dans une bande Petite tension applicable Passage d’un courant => c’est un métal Exemple : le Cuivre 9

Propriétés Electriques Niveau de Fermi se trouvant Entre deux bandes (bande interdite) Fournir de l’énergie pour déplacer les électrons Energie proportionnelle à la largeur de bande Energie faible => c’est un semi-conducteur Courant passe à partir d’une certaine tension Exemple : le Silicium Gap trop large C’est un isolant, passage du courant impossible Exemple : un plastique 10

Propriétés Electriques Structure métalique 1 nanotube sur 3 Supportent I~1 000 000 000 A/cm² Courant 1000 fois plus forts que les fils de cuivre réputés pour supporter de très grands courants 11

Propriétés Electriques Structure Semi-conducteurs 2 nanotubes sur 3 Supportent jusqu’à un courant palier spécifique 12

Emission de champs Effet inverse du paratonnerre Emission d’électrons par la pointe Grâce à l’application d’un potentiel Diamètre fin + tube long => Géométrie idéale! 13

Un petit bilan LES PROPRIETE ELECTRIQUES : Un diamètre de l'ordre du nanomètre (100 000 fois plus petit qu'un cheveux) Capacité d'émission d'électrons (émission de champ) Seuls matériaux qui peuvent être à la fois métalliques et semi-conducteurs Supportent forts courants 14

Un petit bilan PROPRIETE MECANIQUES : Une flexibilité exceptionnelle Très léger (densité faible) Transmet très bien la chaleur (lié aux propriétés des liaisons carbone-carbone) Thermiquement aussi stables que les fils métalliques des micro puces! 15

Un petit bilan POINT NEGATIF : LE COÛT Un gramme de nanotubes multi parois coûte 10€ (prix d'un gramme d'or) Un gramme de nanotubes mono parois coûte 1000€ (travail de purification très cher) 16

Applications Sport (Tennis/Golf/Voile/F1/Cyclisme/ Hockey/Moto…) Au niveau des tenues: chaussures qui absorberaient mieux les chocs grâce à l’élasticité des nanotubes (dans du polyéthylène : 30% plus élastique!) Poids : alléger raquettes, clubs de golf, cadres de vélos, mats de voile… 17

Applications Leur solidité est aussi très appréciée Remplacer de la fibre de carbone, dans la F1 Dans le tennis (raquettes) En voile (mats/cordages plus résistants) 18

Applications Remplacer le silicone des puces informatique (miniaturisation des puces électroniques) Remplacer les disques durs par des fils magnétiques de taille nanoscopiques pour un stockage d’information optimal. 19

Applications Remplacement à bas prix des écrans à cristaux liquides (avec meilleure qualité) Dissipation de chaleur (dans les équipements électroniques) grâce à la conductivité thermique Implantation d’électrodes médicales biocompatibles dans différents buts médicaux. (attention, cancer redouté par certains chercheurs) 20

Conclusion Une découverte d’avancée énorme dans la technologie Bien que le coût de production soit très élevé L’avenir serait-il dans les nanotubes de carbone? 21