Contrôle du Collapse Mécanique des Nanotubes de Carbone: propriétés physiques et défis industriels – TRI-CO

Le projet TRI-CO cible l’étude du collapse mécanique des nanotubes de carbone induit par la pression ainsi que l’étude des propriétés physiques des nanotubes collapsés. En parallel TRI-CO explore l’utilisation potentiel de nanotubes de carbone collapsés pour améliorer les performances de composites qui les utiliseraient comme charges. Le collapse des nanotubes de carbone peut être décri comme la modification de la section du tube par des forces externes ou internas conduisant de la section circulaire à une section aplatie. Dans TRI-CO sont considérés 3 domaines qui peuvent soit être affectés soit améliorés par le collapse des nanotubes de carbone : a) la stabilité mécanique du composite ; b) la stabilité du réseau de percolation électrique ou thermique et c) le risque de largage des nanotubes de carbone dans l’atmosphère dans le cycle de vie du matériau composite.
Les propriétés physiques des nanotubes de carbone collapsés et plus particulièrement l’impacte technologique du collapse des nanotubes de carbone a été majoritairement ignoré. Malgré cela, observations et expériences indiquent que des nanotubes multiparois (MWNT) de type industriel pourraient présenter des pressions de collapse de seulement quelques centaines de bar, ce qui ferait de la transition de collapse un aspect important dans des nombreuses applications.
Les objectifs du projet sont :
O1) Obtenir une description aussi complète que possible du collapse des MWNT incluant la description des structures collapsés et la détermination de la dépendance de la pression de collapse avec les caractéristiques géométriques des tubes (nombre de parois et diamètre).
O2) Obtenir une description aussi complète que possible de la structure électronique des nanotubes de carbone collapsés. En fait, un nanotube de carbone collapsé peut être vu comme un objet composé de l’association d’une région centrale correspondant à un empilement turbostratique de graphène limité aux extrémités par des moitiés de tubes de très faible diamètre. Très peu d’études se sont penchées sur l’étude des propriétés électroniques de ce type de nano-objets composés.
O3) Déterminer l’effet du collapse dans les propriétés des nanocomposités avec une attention particulière à l’effet sur les propriétés du réseau électrique de percolation.
O4) A partir des connaissances obtenues dans le projet, établir le potentiel des nanotubes de carbone collapsés en tant que charge pour le développement de nouveaux nanocomposites ; donner des guides d’une part pour leur élaboration et d’autre part pour éviter les risques associés au collapse des nanotubes de carbone dans les composites.
La méthodologie du projet est:
a) Etudier dans des nanotubes de carbone individuels avec différents nombre de parois le collapse et les propriétés physiques de l’objet collapsé.
b) Etudier l’effet du collapse sur les propriétés de composites réalisés avec ces mêmes tubes incorporés dans des matrices à base de polymères.
c) Etablir la relation entre le comportement de l’objet individuel et celui du matériau composite.

Des nanotubes avec un faible nombre de parois (2,3,4) et des MWNT de type industriel seront étudiés en parallèle expérimentalement utilisant des techniques à l’état de l’art qui incluent la nanofabrication ou des nouvelles spectroscopies développées dans le projet, ainsi que de la modélisation multi-échelle.