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Prix de l'inventeur européen

Sumio Iijima, Akira Koshio & Masako Yudasaka (Japon)

Lauréats du prix d'inventeur européen 2015 dans la categorie pays non européens

Akira Koshio, Sumio Iijima, Masako Yudasaka

Vidéo:

Catégorie : Pays non européens

Secteur : Chimie industrielle

Demandeurs de brevet : Agence japonaise pour la Science et la Technologie, NEC Corp

Brevet : EP1464618

Invention: Nanotubes de carbone

Les nanotubes de carbone sont de minuscules molécules cylindriques, que l'on ne peut observer qu'à l'aide de puissants microscopes. Mais aussi petits soient-ils, ils ouvrent de grandes perspectives d'avenir. Découverts par Sumio Iijima chez NEC Corporation (Japon), ils sont la substance la plus dure que l'on connaisse et sont 1 000 fois plus conducteurs que le cuivre. Les nanotubes de carbone pourraient ouvrir une nouvelle ère, dans laquelle les ordinateurs seraient plus rapides et les matériaux plus solides qu'on ne l'a jamais cru possible.


Imaginez des atomes de carbone, chacun relié à trois atomes voisins, selon une structure hexagonale ou en nid d'abeille, pour former une plaque d'une épaisseur de seulement un atome. Imaginez à présent cette plaque enroulée de manière à ce que ses bords se rejoignent pour former un cylindre : on obtient un nanotube de carbone. Ces tubes peuvent être simples (monoparoi) ou bien comprendre deux tubes concentriques de diamètres différents ou plus, placés les uns à l'intérieur des autres (multiparois). Les nanotubes de carbone peuvent avoir un diamètre de seulement quelques nanomètres mais être longs de plusieurs millimètres, tels de minuscules morceaux de ficelle.

Bien que le physicien primé Sumio Iijima attribue fort modestement la découverte des nanotubes de carbone monoparoi et multiparois à la chance, leur découverte est davantage l'aboutissement d'années de recherche et de travail acharné que le fruit du pur hasard. Sumio Iijima, qui a conçu un microscope électronique haute résolution spécialisé alors qu'il n'était encore qu'étudiant et qui a consacré de nombreuses années à l'étude des structures atomiques de matériaux tels que le carbone, était idéalement placé pour faire l'une des plus grandes découvertes de ces dernières décennies dans le domaine de la science des matériaux.

Impact social

La découverte de Sumio Iijima a ébranlé les fondations de la science des matériaux. Jusqu'à ce qu'il identifie les nanotubes, on croyait que le carbone pur n'existait que sous trois formes : les diamants, le graphite et les fullerènes sphériques creuses. L'identification des nanotubes de carbone a relancé l'intérêt pour le domaine d'activité de Sumio Iijima. Depuis, une multitude d'utilisations ont été trouvées pour ces molécules à la fois ultra-fines et hautement conductrices.

Les nanotubes de carbone possèdent des propriétés électriques et thermiques auparavant inconnues. Ils sont beaucoup plus conducteurs que le cuivre et sont utilisés pour diverses applications chimiques, mécaniques et optiques. De nombreux matériaux, y compris les polymères et les métaux, peuvent être considérablement améliorés par l'utilisation de nanotubes de carbone comme matériau de charge : grâce à eux, les panneaux solaires sont plus efficaces et les pièces d'avion et d'automobile plus robustes, par exemple.

Impact économique

La commercialisation et la mise sur le marché des nanotubes de carbone sont en cours mais se limitent actuellement aux nanotubes en vrac, c'est-à-dire une masse de nanotubes désorganisés, utilisés comme fibres composites pour renforcer les propriétés mécaniques, thermiques et électriques des polymères.

Plus de 100 sociétés dans le monde fabriquent des nanotubes de carbone. Le secteur a généré un chiffre d'affaires annuel de 552,3 millions d'euros (668,3 millions de dollars) en 2010. D'ici 2016, ce résultat devrait augmenter pour atteindre 912,6 millions d'euros (1,1 milliard de dollars). La société qui est à l'origine de cette innovation, NEC, détient des brevets pour la commercialisation des nanotubes.

  • Masako Yudasaka, Sumio Iijima, Akira Koshio

    Masako Yudasaka, Sumio Iijima, Akira Koshio

  • Akira Koshio, Sumio Iijima, Masako Yudasaka

    Akira Koshio, Sumio Iijima, Masako Yudasaka

  • Akira Koshio, Sumio Iijima, Masako Yudasaka

    Akira Koshio, Sumio Iijima, Masako Yudasaka

  • Sumio Iijima

    Sumio Iijima

  • Sumio Iijima

    Sumio Iijima

  • Akira Koshio, Sumio Iijima, Masako Yudasaka

    Akira Koshio, Sumio Iijima, Masako Yudasaka


Mode d’action

Bien que les nanotubes de carbone soient souvent visualisés comme des plaques d'atomes de carbone enroulées, ce n'est pas ainsi qu'ils sont fabriqués. Les scientifiques utilisent en fait une méthode appelée décharge d'arc, qui se déroule dans une chambre remplie d'un gaz non réactif.

Deux électrodes – des tiges de graphite, une forme pure de carbone – sont insérées dans la chambre et une charge électrique est appliquée. Lorsque les deux tiges sont rapprochées, l'énergie intense de l'étincelle que cela crée vaporise l'une de leurs extrémités. En examinant l'extrémité de l'autre tige, on constate que de microscopiques protrusions filandreuses se sont formées, semblables à une chevelure décoiffée. Ces protrusions sont des nanotubes de carbone, plus spécifiquement des nanotubes multiparois, qui contiennent généralement 20 à 30 parois. En intégrant un catalyseur métallique dans la tige en graphite chargée positivement (anode), on obtient des nanotubes de carbone monoparoi.

Inventeur

Sumio Iijima travaille dans le domaine des sciences des matériaux depuis plus d'un demi-siècle. Il a obtenu de nombreux prix et titres honorifiques. On lui attribue souvent la découverte, ou tout du moins la popularisation, des nanotubes monoparoi et multiparois. Pour sa part, Sumio Iijima déclare partager cette découverte avec les quelques équipes de scientifiques qui ont auparavant observé mais jamais totalement exploré les tubes de carbone graphite creux.

Sumio Iijima est professeur à l'Université Meijo de Nagoya et continue de travailler pour la société NEC en tant que Honorary Research Fellow, où il a fait ses inventions. Il est également Honorary AIST Fellow à l'Institut national japonais des sciences et technologies de pointe.

Le saviez-vous ?

En 2006, des chercheurs allemands ont trouvé des nanotubes de carbone dans un sabre du 17e siècle en acier de Damas. Ce matériau est à l'origine de la renommée légendaire de la ville dans le domaine de la fabrication d'épées. Parmi les autres produits comportant des nanotubes de carbone se trouve également le Vantablack, qui est la substance la plus noire existant au monde. Ce matériau est commercialisé par la société britannique de nanotechnologies Surrey NanoSystems, pour des applications astronomiques et militaires. Il est notamment employé pour former le revêtement intérieur des télescopes, afin d'absorber tout excédent de lumière. On l'utilise aussi pour calibrer les appareils prenant des photographies d'étoiles et galaxies de très faible luminosité.

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