Auto-assemblage de particules à bords rugueux
Des polyèdres offrant un potentiel pour de nouveaux matériaux
Dans de nombreux processus de la nature et de l'industrie, de petits objets forment des couches ordonnées dans des liquides sur des surfaces solides. Les modèles standard décrivent ces objets comme des sphères aux surfaces homogènes, mais de nombreuses particules ont des côtés aplatis, par exemple lorsqu'elles sont en métal. Des scientifiques de l'INM - Institut Leibniz pour les nouveaux matériaux de Sarrebruck et de l'Université de Sydney ont récemment montré que ces particules polyédriques forment des structures complètement différentes de celles des particules sphériques. Les propriétés des matériaux qui en résultent, et potentiellement leur recyclabilité, sont également distinctes. Les résultats de cette coopération de recherche viennent d'être publiés dans la célèbre revue Advanced Materials.
Auto-assemblage - les particules ont de nombreuses facettes
INM / Arixin Bo
Imaginez un maître maçon enseignant à son apprenti l'art de construire des murs en disant : "Toutes les briques sont des cuboïdes identiques. Si tu les empiles directement les unes sur les autres, tu obtiendras un mur parfait - cela se fait ainsi depuis des milliers d'années, depuis l'Égypte ancienne". Lorsqu'on lui demande de construire un mur à partir d'un tas de pierres irrégulières, l'apprenti pose les pierres directement les unes sur les autres sans autre forme de procès. À sa grande surprise, le mur qu'il construit a une nouvelle forme intéressante, mais il est loin d'être droit ! Sans côtés ni bords parallèles, les pierres ne s'empilent pas de la même manière que des briques. Un mur droit n'aurait pu être obtenu que par un arrangement très particulier.
Jusqu'à récemment, les minuscules particules qui servent à fabriquer des matériaux utiles ont été traitées de la même manière que l'apprenti a traité ses pierres. De nombreux modèles et théories décrivent les particules comme parfaitement régulières - dans ce cas, comme des sphères. Cependant, elles ont généralement des côtés aplatis, appelés facettes, et ne se comportent donc pas toujours comme de simples sphères. Une équipe dirigée par le Dr Arixin Bo, les professeurs Niels de Jonge et Tobias Kraus, de l'INM - Institut Leibniz pour les nouveaux matériaux et de l'Université de la Sarre, a pu prouver que ces facettes déterminent la manière dont les particules s'organisent. Niels de Jonge explique : "Le modèle des particules sphériques aux surfaces homogènes est trop simpliste. Pour une compréhension plus complète, des études in situ à l'échelle nanométrique étaient nécessaires. Grâce à la microscopie électronique à transmission à balayage en phase liquide (LP-STEM), nous avons étudié les interactions qui régissent l'auto-assemblage des particules dans un liquide. Au cours de ce processus, nous avons pu identifier diverses structures géométriques inattendues. Nous ne les avons pas comprises au départ. Grâce à une modélisation effectuée en collaboration avec un groupe de recherche de l'université de Sydney, nous avons découvert que ce sont les faces aplaties des particules qui déterminent la forme de ces structures."
Tobias Kraus, responsable du groupe de formation des structures à l'INM, voit dans ces nouvelles connaissances une opportunité pour la recherche sur les matériaux. "Nous pouvons produire des couches minces à partir des particules, par exemple pour imprimer des composants électroniques flexibles. La façon dont les particules sont en contact les unes avec les autres joue ici un rôle majeur. Une plus grande quantité de courant électrique peut probablement circuler à travers une grande surface de contact entre deux facettes aplaties qu'à travers des sphères qui ne peuvent se connecter entre elles que par un seul point." De tels effets peuvent également jouer un rôle dans le recyclage, qui repose sur la capacité à séparer les composants de dispositifs complexes. Selon Kraus, il est donc essentiel de comprendre comment les différents composants interagissent pour concevoir l'approche du recyclage : "Les batteries contiennent un mélange de différentes particules, par exemple. Si celles-ci doivent être séparées les unes des autres à la fin de leur vie pour fabriquer de nouvelles batteries, l'étroitesse de leurs liens est importante. Nous devons comprendre leur emballage pour faciliter leur séparation."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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