Nanomundo de nanotubes

2003/10/01 Rementeria Argote, Nagore - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Nanoteknologia

Le sujet semble science-fiction, actuellement 40 millions de transistors entrent dans un timbre. Il est clair où est la limite, les instruments plus petits que vous pouvez imaginer sont moléculaires. Mais serons-nous capables d'y arriver ?

Bien qu'à l'heure actuelle nous soyons assez loin de la frontière, l'importance acquise par la nanotechnologie nous donne une idée de la dimension du sujet. Les chercheurs trouvent de plus en plus d'applications et des mouvements contre la nanotechnologie ont été créés, comme c'est souvent le cas avec les technologies innovantes. Ceux qui ne voient pas avec de bons yeux la nanotechnologie l'ont comme source de pollution et, plus tard, demandent que l'on étudie les effets que les déchets générés peuvent avoir sur l'environnement et la santé humaine.

Plus que des tubes nains

Bien que la fabrication d'appareils au niveau moléculaire ait été obtenue dans les années 1990, l'interconnexion de ce type d'outils minuscules n'a pas été achevée jusqu'en 2001 et la réalisation d'opérations de calcul de base a été réalisée. Bien que des nanocables de différents matériaux aient été utilisés, les nanotubes de carbone sont les plus appréciés par les chercheurs.

En fait, les nanotubes de carbone ont des caractéristiques très spéciales, il est donc considéré comme pouvant avoir de nombreuses utilisations. Pour commencer, ils ont une structure atomiquement spéciale. Les nanotubes sont des réseaux à hexagone formés de carbone, arrondis en forme cylindrique. Selon la torsion des hexagones, les propriétés électriques du nanotube varient, pouvant être à la fois conducteurs et semi-conducteurs.

Initiation au ballon

L'origine des nanotubes réside dans une molécule appelée fulerène. Les fulerènes sont des molécules de carbone avec structure en forme de ballon. En elle, les atomes de carbone sont regroupés en hexagones et pentagones formant une sphère comme un ballon de football. Le diamètre de cette molécule dépend du nombre d'atomes. Les premiers produits étaient de 60 et 70 atomes de carbone, ils étaient les structures les plus stables, mais il ya déjà d'autres de 20, 32, 50 et 540.

Les nanotubes seront les principaux composants des vêtements spatiaux et astronautes à l'avenir.

Les nanotubes ont été décrits comme une combinaison de structures en polyéthylène et graphite, car ils sont formés par des couches comme celles du graphite. Ces couches sont pliées en forme de cylindre et sur les bords apparaissent les demi-molécules de fulerène fermant les tubes.

Les nanotubes de carbone peuvent être constitués de multiples couches, placées l'une sur l'autre comme dans les oignons, mais ils sont d'une seule couche ceux qui sont utilisés pour réaliser des connexions en nanotubes, car la structure des nanotubes multicouches et donc la conductivité est très difficile à contrôler. Ils ont généralement un diamètre approximatif de nanomètres et doivent être conducteurs, bien sûr, mais leur caractéristique principale est qu'ils sont capables de les assembler, de sorte que dans le circuit lui-même sont attachés à d'autres nanotubes et autres pièces.

Comme vous pouvez le constater, les nanotubes de carbone sont idéaux pour la fabrication de puces moléculaires, mais ce type de technologie n'est pas encore mûri et il est possible qu'à mesure que vous avancez, ils ne soient pas aussi adéquats.

Pour le moment, il semble que les nanotubes ont un grand avenir. En plus de travailler les nanocables pour circuits, ils ont déjà d'autres applications. Par exemple, une amélioration de la résolution s'est produite au microscope SPM et la maison Samsung l'a utilisée sur les écrans avec des images en couleur.

Utilisations dans l'air

En théorie, la plupart des propriétés des nanotubes sont connues, mais en pratique, certains n'ont pas pu être encore testés. Cependant, il est considéré que grâce aux calculs théoriques, ils peuvent avoir des applications dans presque tous les domaines.

Par exemple, le revêtement des ailes des avions à nanotubes empêcherait les étincelles générées par l'énergie statique de provoquer un incendie. Également en aéronautique et astronautique, des recherches sont en cours sur ses utilisations possibles dans les navires spatiaux. Ils disent qu'à l'avenir les principaux composants des voitures et de toutes sortes d'avions ne seront pas métalliques, mais ce sera au tour d'autres matériaux comme le carbone.

Le nanotube en carbone en forme de fauteuil supérieur, en zigzag central et en spirale inférieure. (Photo: G. Roa).

La nanotechnologie aggravera également le monde textile. Avec les tissus à nanotubes en carbone intercalés, les vêtements anti-balles les les plus efficaces, les plus résistants et les plus légers seront fabriqués jusqu'à présent. Et, en libérant l'imagination, nous pouvons imaginer des vêtements avec de petits ordinateurs basés sur des nanotubes, qui indiquent quand ils ont besoin de se nettoyer, ou des constantes vitales, par exemple.

Comme vous pouvez le voir, les nanotubes ont des propriétés qui peuvent être utiles.

Science-fiction ?

Nous continuerons à secouer l'imagination. Dans une ville du futur, une voiture a chuté, une voiture a des pannes mais en quelques secondes elle a récupéré son aspect initial.

Il est possible que ces voitures puissent être fabriquées à l'avenir, même avec des nanotubes de carbone. En fait, l'une des propriétés les plus frappantes de ces tubes est l'élasticité. Beaucoup peuvent se tromper avant de se casser, mais pas seulement cela, sont en mesure de récupérer l'aspect précédent une fois la force qui les a pliés a cessé. Par conséquent, si la carrosserie des voitures est faite avec des nanotubes de carbone, une fois abolé dans un accident, ils deviendraient de forme originale. Cependant, les ingénieurs devront faire beaucoup de travail s'ils ne veulent pas que les voitures rebondissent avant, avec la force du coup.

Économie économique

Si ce matériel est si merveilleux, pourquoi ne le trouvons-nous plus dans les appareils que nous utilisons quotidiennement? La question est simple, mais la réponse n'est pas tellement, car il y a plus d'une réponse possible. Les comptes ne peuvent pas être oubliés. Il n'a pas encore été possible de produire de grandes quantités de nanotubes, ce qui signifie qu'il s'agit d'un produit cher, qui, ces dernières années, est constamment englobé. Pour certaines applications, le prix de la fibre de carbone serait suffisant pour être économiquement viable. Et avec le temps il ne semble pas difficile d'atteindre l'objectif, puisque les matières premières utilisées pour la synthèse sont abondantes et le processus de synthèse lui-même n'est pas cher.

Par conséquent, l'un des objectifs des chercheurs est de trouver un moyen simple de produire des nanotubes de carbone en grandes quantités, à savoir trouver un moyen de faire la synthèse industriellement.

Il existe des nanotubes de formes très diverses, comme les spirales.

Pour le moment, on utilise principalement trois voies de synthèse, mais deux d'entre elles sont difficiles à conduire à l'industrie et la purification des produits obtenus n'est pas facile non plus. La troisième méthode consiste à utiliser du gaz naturel pour la préparation de nanotubes de carbone, de sorte que la synthèse est relativement économique et la quantité de produit est facilement contrôlable, mais la réaction nécessitera une meilleure performance si vous voulez un produit bon marché.

D'autre part, il faut garder à l'esprit que la technologie des nanotubes est très nouvelle, même si elle se développe très rapidement. En conséquence, toutes les utilisations annoncées seront difficilement réalisées et, dans le même temps, on s'attend à ce qu'au fur et à mesure que la recherche avance plus d'applications.

Le nanomundo des nanotubes est né et les incroyables technologies de films et de livres de science-fiction sont de plus en plus réelles. La réalité va-t-elle plus loin de l'imagination ?

Nanotubes d'autres matériaux

Théoriquement, les nanotubes peuvent être formés par n'importe quel matériau à structure cristalline laminaire. Cependant, les plus faciles à synthétiser sont actuellement celles du carbone.

Cependant, d'autres matériaux tels que l'azote, le titane et les combinaisons de bore, de carbone et d'azote sont étudiés. Surtout dans les nanotubes d'autres matériaux on cherche des propriétés qui n'ont pas les nanotubes de carbone.

Par exemple, les nanotubes de nitrure de bore sont très intéressants car ils ont tous les mêmes propriétés électroniques. Ainsi, bien qu'ils soient isolants, ils sont capables de conduire courant électrique dopé.

Bien que les nanotubes de carbone soient utilisés pour créer des capteurs de gaz, ceux de titane sont uniques pour la fabrication de capteurs d'hydrogène. Et c'est que, en plus d'être très sensibles, ils ont vu qu'ils peuvent être utilisés encore et encore.

La recherche fondamentale n'a pas encore atteint tous les matériaux qui peuvent former des nanotubes, mais la guerre des brevets a déjà commencé et il y a beaucoup d'argent en jeu.

Caractérisation et classification des nanotubes de carbone

Les propriétés des nanotubes dépendent de la structure, d'où l'importance de leur classification structurelle.

Pour connaître la structure on mesure la diffraction de lumière du nanotube. Et la classification est la conséquence du calcul théorique. Imaginons que nous coupons les liens du nanotube dans une ligne droite parallèle à l'axe et que nous étendons la couche formant le tube.

(Photo: G. Roa).

Sur cette surface on définit le vecteur qui relie les bords dans le cas de la figure (N,M) = (10,10).

Ce vecteur caractérise largement le tube. Ainsi, bien qu'il puisse y avoir des millions de combinaisons, vous pouvez faire un classement général.

• Quand N=M, le tube est de type fauteuil.
• M=0 en zigzag.
• Dans tous les autres cas, le tube est en colimaçon.

Théoriquement, les nanotubes de carbone type fauteuil sont des métaux en conductivité, tandis que ceux qui occupent N-M = 3 sont des semi-conducteurs et le reste isolants.

Loi de Moore On a beaucoup parlé de la prédiction faite en 1965 par Gordon Moore, qui en deux décennies a dit que chaque année se plierait la capacité des ordinateurs. Par la suite, Moore a fait une correction à cette annonce, indiquant que la duplication se produirait tous les 18 mois. La loi de Moore a été respectée jusqu'à présent, la taille des ordinateurs a diminué de façon exponentielle. Cependant, quand ils commencent à obtenir des transistors de quelques nanomètres, ils essaient de calculer jusqu'à quand cette loi sera en vigueur. En fait, pour continuer à faire des ordinateurs de plus en plus petits et qui peuvent traiter des densités de données plus grandes, il est impératif qu'elles soient aussi bon marché, et la technologie pour faire des outils si petits est, pour l'instant, très chère. Cependant, seul le futur sait ce qui va arriver. Les ordinateurs contenant des composants de la taille des atomes, qui sont ceux qui peuvent être et sont les plus petits, et qui seront développés avant ou après. À mesure que la nanotechnologie se développe, la durée de la loi de Moore cessera nécessairement.