Des scientifiques découvrent le mystérieux mécanisme de croissance des "cristaux de fouets".
Des nanofilaments fins comme des moustaches suivent les bulles pour se développer
Des scientifiques de l'université métropolitaine de Tokyo ont découvert le mécanisme à l'origine de la croissance rapide de nanofils ou "whiskers" ultrafins dans des composés organiques. Les nanofils sont à la fois une innovation technologique souhaitable et un danger lorsqu'ils court-circuitent l'électronique : comprendre leur mode de croissance est crucial pour les applications. Curieusement, on a découvert que les filaments se développent à partir de grands fronts cristallins en suivant des bulles de gaz. Il est important de noter que des traces d'impuretés peuvent supprimer la formation de bulles et la croissance des filaments, ce qui permet de contrôler la structure cristalline.
Images au microscope polarisant d'un whisker se développant à partir d'un front de cristallisation de o-terphényle. On voit qu'il suit une bulle sphérique dans la masse liquide.
Tokyo Metropolitan University
Les nanofils sont des filaments ultrafins de matériau cristallin qui promettent de nouvelles applications passionnantes dans les domaines de l'électronique, de la catalyse et de la production d'énergie. Ils peuvent également se développer spontanément là où ils ne sont pas souhaités, en franchissant des barrières isolantes et en court-circuitant des circuits électroniques. Comprendre comment ils se développent est un problème technologique important, mais le mécanisme exact reste inconnu.
Une équipe composée du professeur Rei Kurita, de la professeure adjointe Marie Tani et de Takumi Yashima de l'université métropolitaine de Tokyo a étudié la croissance cristalline de l'o-terphényle et du salol, deux composés organiques typiques qui présentent des "cristaux moustaches", c'est-à-dire la croissance rapide de minces filaments à partir de fronts de matière cristalline lorsqu'ils sont refroidis. En regardant de près, ils ont découvert que chaque filament comportait une minuscule bulle à son extrémité. Ils ont réussi à montrer que cette bulle n'était pas simplement une impureté ou un mélange d'air, mais une minuscule capsule de gaz du même composé organique. Au lieu que les molécules du liquide se déposent simplement sur un front de croissance comme dans la croissance normale d'un cristal, elles étaient transférées au gaz à l'intérieur de la bulle avant d'être fixées à l'extrémité du filament, une image très différente de l'image standard de la congélation dans les liquides. Cela a conduit à une croissance d'une rapidité sans précédent, qui pourrait également être reproduite à l'intérieur de fins capillaires de verre pour une croissance plus contrôlée des nanofils.
En ce qui concerne la formation de bulles proprement dite, l'équipe a découvert que la grande différence de densité entre le cristal et le liquide dans ces composés avait un rôle à jouer. En répétant les expériences dans d'autres liquides qui ne présentaient pas une telle différence, ils n'ont constaté aucune croissance des moustaches. Ils en ont déduit que le front cristallin était susceptible d'abriter de grandes inhomogénéités de densité, conduisant finalement à la cavitation, la formation spontanée de bulles de gaz qui donneront ensuite naissance aux moustaches.
Ayant découvert ce qui provoquait la croissance des filaments, l'équipe a entrepris de maîtriser le phénomène en supprimant la formation de bulles. Ils ont ajouté une petite quantité d'impureté dans le matériau pour supprimer la cavitation. Comme de juste, les bulles ont disparu, tout comme les trichites, ce qui a permis la croissance plus lente, mais sans trichites, de gros morceaux de matériau cristallin uniforme.
Grâce à un réglage sans précédent et à la compréhension de la physique qui sous-tend le processus, les travaux de l'équipe promettent de nouvelles approches pour la croissance de nanofilaments destinés à des applications technologiques, ainsi que différentes stratégies pour protéger l'électronique et les batteries contre les courts-circuits potentiellement dangereux déclenchés par les cristaux de whiskers.
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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