20XX-XX.TAI.powerpoint.nanotubes2016-11-07 09

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

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
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
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
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
Propriétés Electriques
Structure Semi-conducteurs
 2 nanotubes sur 3
 Supportent jusqu’à un courant
palier spécifique
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!
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
Un petit bilan
 PROPRIETE MECANIQUES :
 Une flexibilité exceptionnelle
 Très léger (densité faible)
 Transmet très bien la chaleur (lié aux
propriétés des liaisons carbonecarbone)
 Thermiquement aussi stables que les
fils métalliques des micro puces!
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)
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…
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)
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.
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)
Conclusion
 Une découverte d’avancée énorme dans
la technologie
 Bien
que le coût de production soit très
élevé
 L’avenir serait-il
carbone?
dans les nanotubes de