Centre d'accélération des technologies de NCM

L’approche du CNRC pour la création de matériaux de la prochaine génération offre un « guichet unique » pour la synthèse, la caractérisation, la métrologie et l’intégration chimique des nanotubes de carbone, jusqu’à la fabrication et le développement de prototypes d’applications réelles. La nouvelle installation sur le chemin de Montréal à Ottawa met à l'échelle la production de NCM à des niveaux sans précédent allant jusqu'à 2 grammes par minute!

Données sur les NCM

Propriétés mécaniques inégalées (résistance, rigidité et endurance) – 100 x plus résistants que l’acier pour 1/6 du poids
On peut en faire des fibres et des fils
On peut produire des papiers et des films
Grande conductivité électrique – des ordres de grandeur plus élevée que celle du cuivre
Grande conductivité thermique – parmi les plus élevées de tous les matériaux connus
Grande stabilité chimique
Caractéristiques électroniques et optiques uniques
Propriétés biocompatibles
Propriétés ignifuges supérieures
Réductio des défaillances mécaniques et élimination de l’interférence électromagnétique
De plus, certains matériaux peuvent gagner ces avantages étonnants même s’ils ne contiennent que 0,1 % par poids de NCM.

Production de NCM

Trois procédés uniques ont été mis au point pour synthétiser les NCM.

Le CNRC emploie un procédé de dépôt de vapeur chimique pour fabriquer des nanotubes luminescents non traités, des réseaux de nanotubes luminescents, et des transistors à effet de champ à nanotubes photoluminescents et électroluminescents.
On emploie un procédé de vaporisation par laser pour produire jusqu’à quelques grammes par jour des NCM les plus purs et de la meilleure qualité jamais signalés.
Le CNRC (en collaboration avec l’Université de Sherbrooke) a extrapolé le procédé au laser pour mettre au point un nouveau « procédé à plasma d’induction à radiofréquences (RF) » pouvant produire des NCM ayant les mêmes propriétés que le matériel produit par laser, mais à plus grande échelle. Ce procédé est unique dans le monde et est basé sur une technologie industrielle prouvée. Sa capacité de production est d’un kilogramme par jour!

Production de NCM à grande échelle

Le CNRC a récemment lancé son Centre d’accélération des technologies de NCM pour augmenter l’échelle de production de NCM à l’aide du procédé à plasma d’induction RF – un premier pas vers la mise au point de matériaux composites à NCM, de la R-D jusqu’au produit final.

Caractérisation

La caractérisation est d’une importance capitale pour le développement de matériaux perfectionnés basés sur les nanotubes et le CNRC possède tous les outils et l’expertise nécessaires pour caractériser les nanotubes, de leur synthèse jusqu’aux matériaux composés finaux. Ces outils comprennent les techniques TGA-MS-FTIR, UV-VIS-NIR, SEM, XRD, NMR, AFM et ICP-OES, la granulométrie des particules, les mesures de conductivité, les techniques PLE, PL, Raman, Raman global, et d’autres encore, toutes axées sur l’analyse et la caractérisation chimique et physique intégrale des NCM et des matériaux au NCM.

Étalons et métrologie

L’IÉNM-CNRC produit des matériaux de référence pour la caractérisation de plusieurs propriétés physico-chimiques des NCM. Il existe un besoin crucial de matériaux de référence crédibles pour valider les résultats de mesures et évaluer de manière constante les problèmes de santé et de l’environnement liés à la nanotechnologie. Les chercheurs parient à cette lacune en mettant au point des techniques et outils de mesure et d’étalonnage précis. L’IÉNM possède de l’expertise bien établie en production et en diffusion de matériaux de référence certifiés. Des laboratoires au Canada et ailleurs dans le monde bénéficieront de ces références de NCM stables en les employant comme points de repère de rendement pour la détermination de la qualité et l’évaluation de produits.

Chimie

La chimie permet aux chercheurs de l’ISSM-CNRC de contrôler les propriétés définitives de matrices dans les matériaux composites modifiés par NCM. Cette figure illustre des échantillons d’époxydes chargés de NCM ayant la même charge de NCM finale mais dont la liaison d’interface varie.

L’ISSM a mis au point différentes méthodes pour ajouter des fonctions chimiques actives aux NCM afin de les adapter à différentes applications individuelles. En particulier, on peut ajouter les NCM aux thermodurcis, aux thermoplastiques et à des matières inorganiques comme les céramiques et les métaux avec un excellent transfert de propriétés. On a également mis au point des procédés pour la préparation de fibres, de feuilles et de couches de NCM propres. Comme certaines applications sont sensibles aux impuretés présentes de façon intrinsèque dans les NCM, un certain nombre de procédés rapides ont été créés pour éliminer les impuretés sans modifier la structure, ni les propriétés.

Quelques applications des « NCM » à l’étude au CNRC

Matériaux de blindage légers pour protéger les soldats et le personnel de sécurité contre les dispositifs explosifs de circonstance (DEC)
Articles de sport améliorés, comme les bâtons de hockey et les vêtements de protection plus légers et résistants
Adhésifs modifiés par nanoparticules pour coller des structures pleine échelle dans les industries de l’aérospatiale et de l’automobile
Détection et surveillance de la santé intégrées des cellules d’aéronefs
Dispositifs électroniques et optoélectroniques aux NCM
Développement de polymères et de matériaux composites multifonctionnels
Applications dans le domaine des transports employant des matériaux composites au carbone légers pour améliorer le rendement et ajouter des fonctions
NCM à très haute conductivité pour les applications en efficacité énergétique
Amélioration des produits de papier pour les rendre plus ignifuges ou augmenter leur conductivité électrique

Rendement et essais

Le CNRC possède de l’expertise technique attestée en conception des matériaux, en formulation à l’échelle préindustrielle, en fabrication et en essais. Il est nécessaire de comprendre parfaitement les propriétés mécaniques et physiques des polymères et des matériaux composites fibreux modifiés par NCM avant de les utiliser de manière pratique des les éléments et structures. Par exemple, l’IRA-CNRC fait des travaux pour caractériser le rendement mécanique et physique des polymères et matériaux composites fibreux modifiés par NCM à différentes échelles, incluant les constituants, les laminés composites et les éléments de structure. Des essais des laminés composites renforcés par fibres montrent que l’on peut augmenter la résistance à la fracturation et améliorer le comportement lors de chocs à basse vitesse des systèmes à CRFP en n’ajoutant que 0,1 % (par poids) de NCM.