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Composites à base de nanotubes de carbone : diffraction X à l’échelle du micromètre


Composites à base de nanotubes de carbone : diffraction X à l'échelle du micromètre

Article : X-ray microdiffraction study of single-walled carbon nanotube alignment across a fiber, V. Pichot, M. Burghammer, S. Badaire, C. Zakri, C. Riekel, P. Poulin et P. Launois,
EuroPhysics Lett. 79, 46002 (2007)

Les nanotubes de carbone, figures emblématiques des nanosciences, sont les nano-composants de matériaux macroscopiques qui pourraient être utilisés dans les prochaines années dans des domaines extrêmement variés : comme matériaux à haute performance mécanique, actionneurs électro-mécaniques, capteurs biologiques, filtres chimiques ou écrans télévisuels plats. Comme la longueur des nanotubes est typiquement 1000 fois plus grande que leur diamètre, il est important de contrôler leur orientation au sein du matériau.

La diffraction des rayons X permet d’étudier quantitativement cette orientation. Elle est mise en œuvre de manière standard en irradiant l’échantillon sur une surface d’environ 1 mm2. Nous avons montré que l’utilisation du rayonnement synchrotron permet d’étudier l’homogénéité de l’alignement sur une surface de 1 µm2, 1 million de fois plus petite. L’expérience a été réalisée à l’ESRF à Grenoble, sur des fibres de nanotubes monoparois alignés, synthétisées au CRPP à Bordeaux (Prix la Recherche attribué à des équipes du CRPP et du LPS). De telles fibres sont intéressantes par exemple pour leur excellente capacité à absorber l’énergie mécanique. Nous avons montré que l’alignement des nanotubes est homogène du cœur aux bords de la fibre étudiée, ce qui est un élément important pour mieux comprendre ses propriétés mécaniques.

La possibilité d’analyser par diffraction X la structure et la texture de matériaux à base de nanotubes, du millimètre au micromètre, démontrée sur l’exemple de fibres de nanotubes monoparois, ouvre la voie à l’étude de l’homogénéité de nombreux matériaux à base de nanotubes.

(a) un nanotube de carbone

(b) dessin schématique d’une fibre de nanotube avec, en vert, des régions sondées par microdiffraction, du cœur au bord de la fibre.

(c) image de microdiffraction X où l’anisotropie angulaire du signal (le bras horizontal du volant) permet de mesurer l’orientation des nanotubes.

 


Contact : Pascale Launois, Laboratoire de Physique des Solides,

01 69 15 60 56, launois@lps.u-psud.fr