Nanotubes de carbone (CNT)ont longtemps été salués comme l'un des matériaux structurels les plus forts en théorie, les nanotubes individuels présentant des forces atteignant le niveau de centaines de GPA et de modules dans la gamme TPA. Cependant, la réalisation de cette performance remarquable dans les matériaux macroscopiques a toujours fait face au défi du «paradoxe de la taille». Les fibres de nanotubes de carbone à l'échelle macroscopique ou les composants structurels sont souvent en deçà de la résistance théorique des NTC individuels en raison de facteurs tels que la longueur insuffisante, l'alignement inégal, les défauts structurels et les connexions inter-tubes faibles basées sur les forces de cisaillement. Malgré diverses stratégies qui tentent d'améliorer les connexions grâce à des réparations de liaison covalente ou à un soudage de faisceau d'énergie, ces approches ont rencontré des goulots d'étranglement d'ingénierie tels que les dommages structurels, les coûts élevés ou la complexité.
Récemment, l'équipe du professeur Fei Wei de l'Université de Tsinghua a introduit et vérifié expérimentalement une méthode de soudage Van der Waals basée sur des nanoparticules de Tio₂, atteignant pour la première fois un soudage macroscopique CNT presque sans dommage à la pression et à la température ambiante. La force articulaire s'approche de la limite théorique des NTC individuelles, marquant une autre étape cruciale dans la transition des nanomatériaux de carbone "du laboratoire à l'ingénierie".
Cette technologie est basée sur le processus d'auto-assemblage de dépôt de vapeur chimique rapide (FCVDS), permettant un dépôt précis des particules de tio₂ de la taille nano-dans la région de chevauchement des faisceaux CNT en quelques secondes, agissant comme «nano-fumeur». Contrairement aux méthodes de soudage traditionnelles qui reposent sur la diffusion atomique ou la restructuration covalente à haute température, cette approche utilise uniquement les forces de van der Waals et la friction interfaciale pour la connexion, évitant ainsi les dommages structurels aux parois du tube causées par l'irradiation du faisceau à haute énergie ou la génération d'état d'excitation.
La technique de soudage de Van der Waals ouvre de nouvelles possibilités pour la production évolutive de matériaux macroscopiques de nanotube de carbone macroscopique, avec des applications potentielles allant de l'aérospatiale et de l'automobile aux équipements sportifs et aux dispositifs biomédicaux. En combler l'écart entre la force théorique et les performances macroscopiques pratiques, cette percée ouvre la voie pour débloquer le plein potentiel des nanotubes de carbone dans diverses industries.
En conclusion, le développement du soudage de van der Waals pour les nanotubes de carbone représente une progression importante pour exploiter les propriétés mécaniques exceptionnelles des NTC à l'échelle macroscopique. Avec un raffinement et une optimisation supplémentaires, cette méthode de soudage innovante a le potentiel de révolutionner la fabrication de matériaux à haute performance, ce qui entraîne des progrès dans des champs nécessitant des composants structurels légers, durables et forts. Alors que les chercheurs continuent de repousser les limites de la nanotechnologie, l'avenir semble prometteur pour l'adoption généralisée des nanotubes de carbone dans les applications industrielles.
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