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Record : l'aérographite est le matériau le plus léger du monde

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Formé d'un réseau de nanotubes de carbone interconnectés, l'aérographite détient le record du monde du solide le plus léger.Constitué à 99,99 % d'air,il est capable de supporter jusqu'à 40.000 fois son poids. Cenouveau matériau, découvert presque par hasard par une équipe de chercheurs allemands, pourrait avoir de multiples applications.

Sur cette image, le caractère hydrophobe de l'aérographite est bien visible : la goutte d'eau ne pénètre pas le matériau, elle reste posée dessus. © Kiel University

Le matériau le plus léger au monde, il y a encore peu de temps, possédait une densité de 0,9 mg/cm3. Constitué par un microréseau de filaments à base de nickel, il avait battu le record de légèreté pour un solide détenu précédemment par l'impressionnant aérogel. Mais un groupe de chercheurs des universités de Kiel et Hamburg viennent de faire plus fort encore. Dans un article publié dans Advanced Materials, ils annoncent l'existence de ce qu'ils ont appelé de l'aérographite. Avec une densité de 0,2 mg/cm3, c'est donc le matériau le plus léger connu de l'humanité.

Composé de nanotubes de carbone, il absorbe particulièrement bien la lumière : c'est certainement l'un des solides les plus noirs que l'on ait fabriqué en laboratoire. On sait d'ailleurs que le record dans ce domaine est justement détenu, là encore, par un assemblage de nanotubes de carbone.

Un échantillon d'aérographite montre ici son pouvoir d'absorption de la lumière. Soumis à un rayon laser vert, il ne renvoie qu'un faible point vert alors qu'un matériau peu absorbant réfléchirait la lumière de façon bien plus intense. © Stefanie Maack, CAU

L'aérographite, un conducteur 75 fois plus léger que le polystyrène

L'aérographite est un conducteur électrique ductile et malgré sa légèreté, il est particulièrement résistant. Il peut être compressé jusqu'à n'occuper que 5 % de son volume et retrouver ensuite sa forme initiale sans aucun dommage. Alors que des matériaux de ce genre sont seulement capables de supporter la compression, tout en se révélant fragiles lorsqu'ils sont soumis à des tensions, ce n'est pas le cas avec l'aérographite. Il partage aussi le caractère hydrophobe des tapis de nanotubes.


Dans cette vidéo, des échantillons d'aérographite sous l'effet d'un champ électrostatique. © Thesciencepost, YouTube

La fabrication de l'aérographite commence avec une poudre d'oxyde de zinc chauffée à 900 °C. Elle constitue alors un composé cristallin sous forme de micro et nanostructures interconnectées. En plaçant ce composé dans un réacteur chimique alimenté avec un gaz riche en carbone, ces nanostructures se recouvrent de carbone. Elles forment une sorte de réseau de nanotubes poreux enveloppant le matériau à base d'oxyde de zinc. Il ne reste plus qu'à remplacer le gaz injecté, dans le réacteur, par de l'hydrogène pour que celui-ci réagisse avec l'oxygène de l'oxyde et provoque la vaporisation du zinc. On n'obtient au final que le réseau de nanotubes de carbone interconnectés.

Comme tous les nouveau-nés, on ne sait pas ce qu'il adviendra de l'aérographite et de ses applications possibles. Mais on a des idées. Ainsi, il semble possible d'obtenir des piles au lithium plus petites et plus légères. Du fait de sa bonne résistance aux vibrations, l'aérographite pourrait servir à fabriquer des composants électroniques précieux pour les avions et les satellites. Enfin, on peut supposer aussi qu'il serve à purifier l'eau ou l'air. De fait, des membranes en nanotubes de carbone ont été proposées pour dessaler l’eau de mer.

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