Fais scintiller les lumières d’un nanosapin de Noël !

Mentions relatives à la sécurité

• L’expérience doit être menée en présence d’un adulte.
• Lorsque tu travailles avec des nanotubes, comme avec tout produit chimique, tu dois porter des gants et des lunettes de protection.
• L’encre conductrice disponible dans le commerce est souvent non toxique, mais il est conseillé de porter des gants.  

Procédure

Sur la feuille de papier, dessine le contour d’un arbre de Noël avec la suspension de nanotubes ou l'encre conductrice. Tu peux utiliser le bâton ou le pinceau de ton choix. Les deux points auxquels tu dois veiller, c’est de tracer des lignes continues et d’éviter de fermer le circuit : ne termine pas complètement le dessin - ne relie pas les lignes en haut ou en bas afin de laisser de la place pour les autres composants du circuit électrique. Une fois que ton sapin a séché, « connecte » la pile aux extrémités libres du contour de l’arbre en bas de l’image et la DEL en haut du sapin de Noël. La LED devrait s'allumer. Si ce n’est pas le cas, essaye de changer l’orientation de la LED (ou de la pile).

Fonctionnement

Les nanotubes de graphène sont essentiellement des feuilles enroulées extrêmement fines de graphène, une forme spécifique de carbone. Le graphène s'apparente aussi structurellement au graphite, que l'on trouve, par exemple, dans les crayons.

Les nanotubes de graphène sont d'excellents conducteurs. La raison en est cachée dans leur structure : une seule couche bidimensionnelle d’atomes de carbone liés entre eux dans un « maillage en nid d’abeille » est enroulée sans soudure pour former des cylindres creux tridimensionnels. Comme chaque atome de carbone n’est lié qu’à trois autres atomes de carbone, chacun d’entre eux dispose d’un électron de valence libre pour la conduction électrique, ce qui rend les nanotubes de carbone individuels beaucoup plus conducteurs d’électricité que le cuivre, par exemple.

Lorsqu’ils sont ajoutés à un liquide, les nanotubes de graphène se lient et créent un réseau conducteur. Les lignes tracées avec une telle suspension de nanotubes agissent comme des fils reliant la source de courant (dans notre cas, la pile) à la LED et cette dernière s'allume.

L'encre conductrice disponible dans le commerce est généralement une suspension de graphite ou d'argent.

Vie quotidienne

Les nanotubes de graphène possèdent des propriétés uniques : une force et une flexibilité incroyables, une conductivité électrique et thermique élevée, une résistance aux températures élevées, un rapport longueur/diamètre record et une grande surface. Ces propriétés en font le seul additif universel capable d'améliorer ou de créer un ensemble de nouvelles caractéristiques spécifiques dans une multitude de matériaux. Les applications comprennent les matériaux composites et les plastiques renforcés, les revêtements industriels, les pneus de voiture et les produits techniques en caoutchouc, les matériaux structurels, les batteries lithium-ion, etc.  

Astuces

• Pour cette expérience, tu pourrais utiliser un fluide conducteur plus accessible : l'eau salée. Mais celui-ci ne conduit le courant que lorsqu'il est encore humide, ce qui n'est pas très pratique pour dessiner un sapin de Noël sur du papier sec.
• À des fins pédagogiques uniquement, nous avons utilisé les nanotubes de graphène TUBALLTM de la société luxembourgeoise OCSiAl, le plus grand fabricant mondial de ce matériau extraordinaire. Pour en savoir plus sur les activités d’OCSiAl au Luxembourg, rendez-vous sur le site Web de la société. Il convient de noter que ce matériau n'est toutefois disponible qu'à des fins commerciales et de recherche.
• D'autres types d'encre conductrice sont disponibles dans le commerce et ont été utilisés dans cette expérience.

Auteurs : Beket Kanagatov, Anastasia Zirka (OCSiAl)
Rédaction : Michèle Weber (FNR)
Vidéo : Anastasia Zirka (OCSiAl)
Musique : Danse de la fée Dragée (Tchaïkovski)

Traduction : Nadia Taouil (t9n)