Depuis leur découverte en 1991, les nanotubes de carbone font l'objet d'un véritable engouement avec une compétitivité intense des laboratoires de recherche au niveau mondial. Les applications potentielles sont nombreuses : dans l'électronique pour répondre à une logique incessante de miniaturisation, dans le domaine de l'automobile, de l'aéronautique, de l'écologie, du médical (délivrance ciblée de médicaments...), etc.

Un des domaines d'application immédiats est certainement celui des écrans plats, qui utilise les caractéristiques d'émission de champ des nanotubes de carbone. Le principe est le suivant : les nanotubes de carbone fonctionnent comme "des paratonnerres inversés". Au lieu d'attirer les charges électriques, leur pointe éjecte les électrons à l'extérieur. Dans le cas des écrans plats, ces électrons vont venir frapper une surface recouverte de pastilles de phosphore qui excitées, se mettent à scintiller. Samsung a ouvert la voie avec la réalisation d'un 1er prototype d'écran plat composé de nanotubes de carbone, mais de nombreux autres groupes sont sur les rangs ... car les nanotubes de carbone ont pour avantages leur faible consommation d'énergie et leur faible coût.

Dans ce domaine, avant de penser à une utilisation industrielle des nanotubes de carbone, des problèmes restent à résoudre : fabrication de nanotubes uniformes, stabilité du courant induit et augmentation de la durée de vie de ces nanotubes.

Les travaux menés au DPM ont permis la découverte de nouvelles propriétés spécifiques aux nanotubes de carbone qui donnent des clés quant à une utilisation industrielle de ce nouveau matériau, en particulier dans le domaine des écrans plats.

Les résultats en bref :

Les nanotubes de carbone émettent de la lumière à partir de 1 600 ° K et se transforment en "nanoampoules"...

Pour la 1ère fois, à l'aide d'un microscope à émission de champ, ont été analysées les relations entre la résistance du nanotube de carbone, sa température et le courant induit qui le traverse. 1er constat : les nanotubes de carbone fonctionnent comme des sources nanométriques de lumière. Soumis à un courant, le nanotube de carbone chauffe par effet Joule. Des températures jusqu'à 2000° K ont été mesurées à l'extrémité du nanotube, "qui brille par incandescence comme une nanoampoule".

2ième constat : "Chauffer" les nanotubes de carbone améliore leurs propriétés d'émission et détermine le courant maximal extractible, des éléments essentiels pour la réalisation d'écrans plats de qualité.
La réalisation d'un traitement thermique local sous certaines conditions permet de "nettoyer" la surface des nanotubes, et de garantir un courant induit d'une grande stabilité, et ce sans risque de dommage pour d'autres composants.
De plus, les mesures effectuées par les chercheurs du DPM montrent que le choix d'une température adéquate favorise un allongement de la durée de vie des nanotubes de carbone.


Les perspectives :

Ces travaux réalisés sur des nanotubes de carbone multiparois ouvrent la porte d'autres champs d'investigations pour l'équipe du DPM : celui des nanotubes de carbone monoparois, idéaux de par leur pureté pour aboutir à une modélisation des phénomènes, mais aussi celui des nanofils, enjeux de nombreuses autres applications industrielles. Autre perspective : étudier les paramètres instrinsèques des nanotubes de carbone (conductivité électrique, conductivité thermique, raideur mécanique, émission photonique) à l'aide de la méthodologie développée par le DPM dans le domaine de l'émission de champ.