Fils de nanotubes de carbone, muscles artificiels et feuilles transparentes :applications avancées

Les nanotubes de carbone (CNT) sont réputés pour leur résistance extraordinaire, leur module, leur conductivité électrique et thermique ainsi que leur stabilité thermique sur une large plage de températures. Un seul nanotube peut présenter une résistance à la traction jusqu'à 100 fois supérieure à celle de l'acier, ce qui en fait des éléments de base idéaux pour des matériaux hautes performances.[1]

Pour exploiter ces propriétés, les chercheurs ont développé des fils continus en CNT pur et des fils composites à haute teneur en CNT. Des techniques telles que l'électrofilage de fibres de polyacrylonitrile (PAN) renforcées par CNT multiparois (MWCNT) ou de fils de bambou CNT/cellulosique donnent des produits multifonctionnels aux performances mécaniques, thermiques et électriques nettement améliorées. Les fibres CNT à simple paroi (SWCNT) peuvent également être fabriquées à partir de solutions de cristaux liquides, produisant ainsi des fibres CNT continues et soignées dotées de propriétés supérieures.[2]

Fabrication de fils CNT

Des fibres continues de NTC peuvent être produites dans un réacteur horizontal de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Une étape de densification à la vapeur d'eau rétrécit la « chaussette » de NTC en un fil dense de 1 à 3 mm d'épaisseur, ce qui donne un fil très poreux (≈99 %), mais néanmoins mécaniquement robuste et conducteur d'électricité. Le processus permet un contrôle précis de la densité d'enroulement, permettant l'infiltration de polymères pour former des composites ou le mélange avec d'autres fils pour des applications structurelles et fonctionnelles sur mesure.[3]

Muscles artificiels du CNT

En tordant du fil de CNT en cylindres creux sans couture et en les infiltrant avec une cire de paraffine à volume variable, les chercheurs ont créé des muscles artificiels capables de contractions ultra rapides. Chauffer la cire, via un courant électrique ou une brève impulsion lumineuse, provoque l'expansion de la cire, le gonflement du fil et la contraction de la longueur, produisant un mouvement en seulement 25 µs. Ces actionneurs peuvent soulever des charges jusqu'à 200 fois plus lourdes qu'un muscle naturel de taille équivalente, bien qu'ils restent actuellement inadaptés à une implantation biomédicale directe.[4]

Les applications potentielles couvrent la robotique, les cathéters chirurgicaux mini-invasifs, les micromoteurs, les mélangeurs microfluidiques, les optiques accordables, les microvalves, les positionneurs de précision et même les jouets grand public.

Feuilles transparentes de CNT

La transformation des NTC en structures de taille macro sans liants a toujours été un défi. Les progrès récents impliquent la rotation de forêts de NTC alignées verticalement pour former de larges et longues feuilles transparentes. L'aérogel autoportant résultant, après densification, produit des films minces et solides qui conduisent l'électricité, lient les micro-ondes aux plastiques et servent d'électrodes flexibles pour les OLED, les sources de rayonnement polarisées à large bande et d'autres applications.[5]

Ces avancées illustrent la polyvalence des NTC dans les domaines structurels, fonctionnels et électroniques.