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Nouvelles fibres artificielles formées de nanotubes inorganiques


La relation de l’humanité avec les fibres remonte à des milliers d’années, avec les fils naturels (soie, laine). Mais au cours du siècle dernier, nous avons commencé à développer des matériaux artificiels plus résistants et plus polyvalents (nylon, kevlar).

Les fibres de nanotubes artificielles sont des assemblages macroscopiques unidimensionnels. Jusqu’à présent, la plupart des études se sont concentrées sur les fibres de nanotubes de carbone pour leur potentiel de haute résistance mécanique et de conductivité élevée. Cependant, la mise en forme des nanotubes de carbone par filage en milieu aqueux s’est avérée particulièrement difficile en raison de leur faible solubilité. Les chercheurs de l’Imperial College et du Laboratoire de Physique des Solides ont choisi de considérer les nanotubes d’imogolite [1], qui sont des analogues inorganiques prometteurs des nanotubes de carbone tout en étant hydrophiles, ce qui facilite grandement la mise en œuvre en solution.

La procédure de synthèse des nanotubes d’imogolite a été adaptée pour permettre la production de nanotubes plus longs que ceux obtenus jusqu’à présent. Sur cette base, des fibres macroscopiques continues de nanotubes d’imogolite ont pu être réalisées pour la première fois. Contrairement à ce qui est prédit pour les nanotubes de carbone, un degré de désorientation améliore le transfert de charge mécanique entre les nanotubes d’imogolite individuels, probablement en raison d’une augmentation du nombre de contacts interparticulaires. De plus, la résistance à la traction et le module d’Young des fibres augmentent considérablement, de 20 à 155 MPa et de 2,7 à 30 GPa, respectivement, lorsque l’on réduit l’humidité relative de 85 à 10 %. Ces résultats soulignent l’importance des interactions inter-nanotubes dans les fibres d’imogolite mais aussi la nécessité de contrôler les interactions de cisaillement dans les fibres de nanomatériaux en général.

Image en microscopie optique d’une fibre de nanotubes d’imogolite (diamètre 20 µm) et propriétés mécaniques associées selon l’alignement des nanotubes. Le paramètre d’ordre de Hermans varie entre 0 (orientation aléatoire) et 1 (orientation uniaxiale parfaite). L’image de diffusion des rayons X (plateforme Morpheus du Laboratoire de Physique des Solides) permet de quantifier l’alignement des nanotubes par rapport à l’axe de la fibre.

Reference
Continuous binder-free fibers of pure imogolite nanotubes
J.F. Moore, E. Paineau, P. Launois and M.S.P. Shaffer
ACS Applied Materials and Interfaces Manuscript
DOI : 10.1021/acsami.1c00971

Contacts
Erwan Paineau | erwan-nicolas.paineau@universite-paris-saclay.fr
Pascale Launois | pascale.launois@universite-paris-saclay.fr


[1E. Paineau and P. Launois, Nanomaterials From Imogolite : Structure, Properties, and Functional Materials. In Nanomaterials from Clay Minerals ; Elsevier, 2019 ; pp 257–284