Propriétés Des Nanotubes De Carbones

I) propriétés des nanotubes

Depuis leur découverte, les nanotubes ne cessent de surprendre les chercheurs qui leur trouvent régulièrement de nouvelles qualités. On connais aujourd'hui leur capacités thermiques, électriques, mécanique ou encore chimiques, qui sont toutes dues a leur structure et permettent d'envisager l'usage de nanotubes dans de nombreux domaines.

I.1) structures :

Les propriétés des nanotubes sont dues a leur structure particulière, en effet, les nanotubes sont des tubes a l'échelle nanométrique ( comme leur nom l'indique) qui peuvent êtres composé d'un ou plusieurs tubes concentriques et éventuellement fermées à leurs extrémités pas des « demi-fullerènes ». Ces tubes sont obtenus par l'enroulement d'un feuillet de graphène qui se compose d'atomes de carbone, liés, chacun à trois autres atomes de carbones par deux liaisons simples et une liaison double sur un seul plan en formant des hexagones selon le même principe que dans le benzène mais a plus grande échelle. On parlera de nanotube monofeuillet si le nanotube est composé d'un seul feuillet de graphène ou de nanotube multifeuillet s'il est composé de plusieurs feuillets de graphène. Enfin, selon la manière dont le feuillet de graphène est enroulé, les propriétés seront quelque peut différentes.

enroulement d'un feuillet de graphène.(structure en zig-zag)

Les différents types de nanotubes : armchair, zig-zag, et chiral, de gauche à droite.

Comme dans de nombreux matériaux, il est cependant possible que les nanotubes soient affectés par des défauts qui peuvent se présenté de deux manières différentes soit des vides atomiques ( atomes manquant dans la structure du graphène) soit des « stone wales defect » ( les atomes de carbones ne forment plus des hexagones mais des pentagones ou des héptagones). Ces défauts peuvent affecter les propriétés mécaniques ( comme sur une chaine, la résistance des nanotubes dépend de la section la plus faible), électriques et thermique (la zones présentant un défaut est moins bonne conductrice).

éxemple de «  stone wales defecté »

I.2) propriétés chimique :

De fait de leur structure, les nanotubes sont relativement peut réactifs et une modification de leur surface nécessite souvent des espèces fortements réactives (oxydant ou réducteurs forts). Ils peuvent donc être en contact avec de nombreuses espèces chimique sans se détériorer. De plus, les nanotubes sont creux, on peut donc les remplir avec d'autres composées chimiques. Ces deux caractéristiques en font des récipients clos a l'échelle nanométriques

Nanotube contenant des molécules d'H2O

I.3) propriétés mécaniques :

Les propriétés mécaniques des nanotubes sont celles qui suscitent le plus grand intérêt, en éffet ils présentent une très grande résistance mécanique, qui se calcule pour tout les matériaux par la formule suivante :

Fm

Rm=_____

Sm

avec :

Rm la résistance mécanique en N.cm2

Fm la force exercée sur le matériau en N

Sm la surface du matériau en cm2

La résistance mécanique de l'acier varie de 480 à 630 N.mm2 . (newton par milimmètre carré) C’était, à ce jour, le matériau ayant la plus grande résistance mécanique connue.

Celle du nanotube de carbone est environ 100 fois supérieure à la résistance mécanique de l'acier.

Ces propriétés varient aussi selon la nature du nanotube. Les nanotubes multifeuillets sont beaucoup plus résistants que les nanotubes monofeuillets.

De plus, les nanotubes de carbone ont une capacité à se déformer très impressionnante, comme le montre l'image ci-dessous, puis à se reformer rapidement.

A gauche, le nanotube de carbone est plié à 180° et à droite il est droit.

Echelle : la flèche représente 1 micromètre.

Image de synthèse montrant la flexibilité des nanotubes de carbone.

I.4) propriétés électriques :

Les

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