Utilisation plus simple et plus sûre des nanotubes de carbone dans les nanocomposites polymères

Une équipe de recherche de Skoltech, de l’Université Aalto et de l’Institut Kurnakov a récemment développé une nouvelle approche polyvalente et simple pour utiliser les nanotubes de carbone pour fabriquer des nanocomposites nanotubes de carbone-polymères. La méthode est rapportée dans Carbon et consiste à fabriquer des briquettes – des paquets denses de poudres de nanotubes de carbone. Les nanocomposites fabriqués à partir de briquettes fonctionnent aussi bien que ceux fabriqués à partir de mélanges maîtres plus coûteux, qui sont également spécifiques aux polymères, c'est-à-dire moins polyvalents.

« Nous pensons que l’utilisation de briquettes denses de nanotubes de carbone peut grandement faciliter le développement de l’industrie des composites de nanotubes de carbone. Cette technique est bon marché et applicable à une grande variété de matrices polymères, sans sacrifier aucune des propriétés électriques et thermiques du matériau final », a déclaré l'auteur principal de l'étude, Hassaan Butt, doctorant à Skoltech.

Au cours des dernières décennies, les nanotubes de carbone ont fait l’objet d’études approfondies de la part des chercheurs universitaires et industriels en raison de leur combinaison unique de propriétés électriques, thermiques et mécaniques. Entre-temps, les nanocomposites à base de polymères sont devenus la plus grande application des nanotubes de carbone et celle la plus proche d’une intégration généralisée dans la vie quotidienne. Il est facile de comprendre pourquoi : les plus petites quantités de nanotubes ajoutées à un polymère confèrent au matériau des propriétés fondamentalement nouvelles, telles que la conductivité électrique et la piézorésistivité, tout en améliorant de manière cruciale ses propriétés thermiques et mécaniques.

L'étude récente sur Carbon a commencé comme une tentative de relever le défi consistant à obtenir une dispersion suffisante des nanotubes de carbone dans un polymère hôte pour atteindre des propriétés composites optimales. À cette fin, les chercheurs de Skoltech et leurs collaborateurs de l'Institut Kurnakov ont étudié la méthode d'expansion rapide de la solution supercritique (RESS) des nanotubes, qui conduit à leur désagglomération. Cependant, cela n’a apporté aucune amélioration des propriétés ultimes des nanocomposites polymères. L’équipe a décidé d’explorer les implications de cette situation sous un angle opposé.

Le co-auteur de l'étude et l'un des principaux contributeurs, Ilya Novikov, doctorant à Skoltech, a expliqué : « Après avoir réalisé qu'une expansion rapide produit une diminution par dix de la densité apparente des nanotubes mais n'améliore pas les propriétés du composite, nous avons pensé : pourquoi ne pas le faire ? nous faisons l'inverse et compressons les poudres à la place. Et si la compression n'altère pas les performances du matériau ? La raison pour laquelle cela serait passionnant, a-t-il ajouté, est qu'une densité plus élevée signifie une plus grande commodité et moins de risques pour la sécurité lors de la fabrication en raison de l'aérosolisation indésirable des nanotubes.