Élaboration et conductivité électrique de différentes fibres préparées à partir de nanotubes de carbone verticalement alignés

International audienceEn raison de leurs propriétés exceptionnelles, les nanotubes de carbone (NTC) sont particulièrement intéressants en tant que matériaux élémentaires pour les fibres qui pourraient être utilisées dans des câbles conducteurs légers pour le transport de l'électricité. Plusieurs études rapportent la préparation de fibres à partir de NTC, soit des fibres composites NTC / polymère, soit des fibres contenant seulement des NTC, ainsi que l'étude de leurs propriétés électriques et mécaniques. Cependant, il est difficile de faire une comparaison précise entre les différents types de fibres car elles sont produites selon différents procédés et en utilisant différents types de NTC de sorte que l'impact de leur caractéristiques ou prorpiétés physiques intrinsèques sur les performances de la fibre est difficile à évaluer avec précision. L'approche suivie dans notre étude consiste à élaborer des fibres à base de NTC à partir de nanotubes de carbone alignés verticalement et à mesurer les propriétés électriques intrinsèques des NTC individuels utilisés pour la préparation de ces fibres ainsi que la conductivité électrique des fibres obtenues. Les fibres composites PolyVinylAlcohol (PVA)/NTC et les fibres contenant seulement des NTC ont été préparées à partir de nanotubes de carbone alignés verticalement, synthétisés par un procédé CCVD assisté par aérosol en une étape [1]. Des suspensions stables et concentrées de NTC de plusieurs µm de long ont été préparées à partir de NTC alignés détachés de leur substrat de croissance afin d'élaborer les fibres composites par des techniques de coagulation [2]. En ce qui concerne les fibres 100% NTC, le filage à sec a directement été effectué à partir de tapis de NTC alignés dont les caractéristiques ont été ajustées à partir de notre procédé CCVD. Des mesures électriques ont été effectuées à la fois sur les fibres et les NTC individuels utilisés pour la préparation de ces fibres afin de vérifier comment les propriétés intrinsèques des NTC se répercutent sur les performances des fibres. Nous avons notamment obtenu une conductivité de NTC de l'ordre de 2.10$^4$ à 1.5.10$^6$ S/m en fonction du rapport longueur/diamètre des NTC. La conductivité électrique des fibres composites dépend de la teneur en NTC et atteint environ 1 S/m. Cependant, lorsque les fibres sont recuites pour éliminer la matrice polymère, la conductivité est augmentée jusqu'à 5.10$^4$ S/m. Pour les fibres 100% NTC, les premières mesures électriques indiquent que la conductivité est d'environ 6.10$^4$ S/m comparativement à la conductivité maximale des NTC utilisés dans ces fibres qui est d'environ 1,5.10$^6$ S/m. Ceci suggère que le procédé de préparation de ces fibres NTC peut encore être optimisé afin de tirer pleinement profit de la conductivité intrinsèque des constituants élémentaires

Preparation and electrical conductivity of different fibres prepared from vertically aligned carbon nanotubes

International audienceDue to their exceptional electrical, chemical, thermal and mechanical properties, carbon nanotubes (CNT) are particularly appealing as building block of fibres, in particular to form light-weight conducting cables for electricity transport. One direct potential application is their use as High Voltage devices in transmission grid. Indeed, the possibility to help in theemergence of a new technology - especially for OverHead Lines (OHL) conductors with low electrical resistance as well as reduced weight and good mechanical properties - was considered as a promising topic. Several studies are reporting the preparation of fibres from carbon nanotubes, either CNT/polymer composite fibres or CNT fibres, together with the study of theirelectrical and mechanical properties. However, it is difficult to make a precise comparison between the different types of fibres since they are produced through various processes and with different types of CNTs. The characteristics and intrinsic physical properties of the nanotubes used are rarely fully documented so that their impact on the fiber performances is difficult to assess precisely. The approach followed in our study consists in elaborating CNTbased fibres from vertically aligned carbon nanotubes and, second, measuring both the intrinsic electrical properties of the individual CNTs used for fibre preparation and the electrical conductivity of the resulting fibres in order to evaluate the actual benefits of the CNT quality on the fibre performances