Bonjour,
On dit que les nanotube de carbone sont immensement plus resistant et plus leger que de l'acier.
Pourtant ils sont fabriqués à partir de structure hexagonal de molecules de carbone-graphite.
Alors comment expliquer l'obtention d'une telle resistance ?
Les nanotubes de carbones sont decrit comme le materiau le plus resistant connu.
Salut,
La liaison C-C est une des plus solides qui existe et des plus stables
(à confirmer, mais je crois que cela est dû au fait qu'il s'agit d'une liaison covalente de l'atome le plus léger d'électronégativité intermédiaire).
Il suffit de voir le diamant !
Le graphite aussi c'est solide. Faut pas croire. Mais le graphite à une structure cristalline sous forme de feuillets. C'est une structure globalement moins résistante (la résistance d'un pont ne dépend pas que des poutres et articulations, mais aussi de l'assemblage). En particulier les feuillets glissent facilement les uns sur les autres (ce qui en fait un excellent lubrifiant).
Ceci dit, on a la même chose avec les nanotubes. Les suies en contiennent pas mal. Et il n'y a rien de plus facile (et de crasseux) à écraser qu'une particule de suie. Les nanotubes glissent les uns contre les autres.
Par contre, un nanotube en soi allie la résistance de la liaison C-C et la flexibilité de sa structure (comme un tube). Le diamant lui est très dur mais cassant (ne vérifie pas sa solidité en tapant avec un marteau dessus : bye bye le diamant).
J'espère que cela répond à ton interrogation.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Bonjour,Envoyé par seong
La déformation plastique des matériaux, au dela de la limite élastique est due a des défauts que sont les dislocations. Dans les nano- tubes de carbone il n y a pas de dislocations et donc....
Salut,
Ah oui, tiens, j'aurais dû penser aux dislocations (ou autres défauts) des structures cristallines ou amorphes. C'est grave, ça fait partie de ma formation !!!!
Notons que les nanotubes ne sont pas toujours "parfaits" (avec un diamètre et une hélicité parfaitement exacte). C'est même une des difficultés dans la maitrise de leur synthèse. Certains peuvent contenir de gros défauts de structure, des embranchements, ....
J'ai l'impression que ces "anomalies" doivent fragiliser les nanotubes, mais je n'ai jamais rien lu à ce sujet. Donc, à prendre avec des pincettes.
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Bonjour Deedee81,
Cà ne doit pas être particulièrement simple d'étudier les propriétés mécaniques de ces machins!
En effet. Je n'ai lu qu'un article une fois sur le sujet. Ils avaient attachés les extrémités d'un nanotube à... (ma mémoire me joue des tours : des billes de plastique ?) et utilisé un dispositif mécanique très fin pour étudier la force de traction applicable à un nanotube. Dans le genre prouesse, wow !
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Bonjour,
Une précision, les liaisons C-C dans le diamant sont covalentes, alors qu'elles ne le sont pas dans le graphite (chaque C est lié à 3 voisins et a un électron délocalisé... dans mes souvenirs, à confirmer et corriger au besoin).
@+
Not only is it not right, it's not even wrong!
Bonjour,
Dans le diamant , comme dans le silicium, le groupe ponctuel est tétradrique et donc en termes de liaisons chimiques on décrit les orbitales en termes de 4 orbitales hybrides sp3 dirigées vers les premiers voisins. Comme chaque atome donne 4 électrons, on a donc localement 4 liaisons covalentes.
Pour le graphite on a dans un plan (x,y) 3 voisins qui localement forment 3 orbitales hybrides sp2 dans le plan( x,y). Chaque atome apporte 3 électrons et donc on a 3 liaisons covalentes dans le plan (x,y). Dans la direction z il reste l'orbitale pz qui définit également une liaison covalente puisque il restait a caser un électron par atome. Seulement l'énergie de liaison varie tres vite dans une contrainte de cisaillement puisque le recouvrement de 2 orbitales pz diminue rapidement. C'est pourquoi le graphite ne résiste que peu au cisaillement.
D'accord, merci à vous deux pour ces précisions techniques fort précises. Je ne me souvenais plus que c'était sp2 et pz dans le graphite (je dois pourtant l'avoir lu).
C'est vrai que j'ai dit un truc vachement imprécis plus haut. Si toutes les liaisons étaient strictement plane dans le graphite, les feuillets ne glisseraient pas facilement : ils se détacheraient tout seul spontanément. Ce qui est évidemment faux.
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Pour quelle raison il ne peut pas avoir de disclocation dans les structures hexagonal de molecules de carbone ?
Par exemple, de la meme maniere qu'une disclocation dans une structures moleculaires rectiligne où il y a 1 ligne plus courte que les autres lingnes qui l'entourent, on peut penser qu'une ligne de motif hexagonal soit plus courte que les autres qui l'entourent, non ?
Salut,
Si si, il peut y en avoir (dans le graphite par exemple).
Mais pour les nanotubes c'est un peu différent car ils sont petits. Les effets des dislocations c'est sur les structures macroscopiques.
De plus, comme je l'ai expliqué plus haut, il existe des tas de nanotubes avec des défauts (c'est la principale barrière aux développements utilisant les nanotubes, on ne maitrise pas facilement leur synthèse). Mais on sélectionne des nanotubes sans défaut dans le paquet pour faire les expériences (tube sans défaut et ayant la bonne longueur, le bon diamètre, la bonne hélicité,...).
Avec le graphite on ne saurait pas faire ça tout simplement parce que vu le nombre d'atomes dans un morceau de graphite, bien malin celui qui réussirait à en fabriquer un sans défaut !!!!
Si un jour on arrive à fabriquer de très longs nanotubes avec des caractéristiques à la carte, on pourra synthétiser des matériaux fibrés (comme avec les polymères, avec ajout d'une charge ou pas). Et là, il faudra tenir compte des défauts de structure non pas des nanotubes mais de leur assemblage dans le matériau. La résistance et les propriétés mécaniques ne se résumeront pas à celle des nanotubes.
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