Dans le domaine des nanomatériaux, une équipe de chercheurs américains a mis au point une nouvelle feuille de nano-assemblage qui pourrait transformer radicalement le développement de nanomatériaux fonctionnels et durables pour l’électronique, le stockage d’énergie, la santé et la sécurité, et bien plus encore.
Un nouveau matériau révolutionnaire
Le nouveau matériau, qui est recyclable, pourrait également permettre une approche de fabrication durable qui évite que les emballages à usage unique et les produits électroniques ne finissent dans les décharges. L’équipe est la première à développer avec succès un matériau barrière polyvalent et performant à partir de feuilles de nano-assemblage.
Leur découverte a été rapportée en ligne dans le numéro du 8 novembre de la revue Nature. «Notre travail surmonte un obstacle de longue date dans la nanoscience – la mise à l’échelle de la synthèse de nanomatériaux en matériaux utiles pour la fabrication et les applications commerciales», a déclaré Ting Xu, l’investigateur principal qui a dirigé l’étude.
Défis et solutions
Un défi dans l’exploitation de la nanoscience pour créer des matériaux fonctionnels est que de nombreux petits morceaux doivent se rassembler pour que le nanomatériau puisse grandir suffisamment pour être utile. Et bien que l’empilement de nanofeuilles soit l’un des moyens les plus simples de faire grandir les nanomatériaux en un produit, les « défauts d’empilement » – des lacunes entre les nanofeuilles – sont inévitables lorsqu’on travaille avec des nanofeuilles ou des nanoplaquettes existantes.
Le nouveau matériau de nanofeuille surmonte le problème des défauts d’empilement en évitant complètement l’approche de la feuille empilée en série. Au lieu de cela, l’équipe a mélangé des mélanges de matériaux qui sont connus pour s’auto-assembler en petites particules avec des couches alternées des matériaux composants, suspendus dans un solvant.
Tests et performances
Pour tester les performances du matériau en tant que revêtement barrière dans plusieurs applications différentes, les chercheurs ont fait appel à certaines des meilleures installations de recherche du pays. Lors d’expériences menées à la Source de neutrons de spallation du Laboratoire national d’Oak Ridge, les chercheurs ont pu comprendre les premières étapes grossières de l’auto-assemblage des mélanges.
En se basant sur ces études quantitatives, les chercheurs ont fabriqué des revêtements barrières en appliquant une solution diluée de polymères, de petites molécules organiques et de nanoparticules sur divers substrats – un bécher en Téflon et une membrane, un film de polyester, des films de silicium épais et minces, du verre, et même un prototype de dispositif microélectronique – puis en contrôlant le taux de formation du film.
En synthèse
Les chercheurs ont réussi à démontrer comment synthétiser facilement un matériau fonctionnel polyvalent pour diverses applications industrielles à partir d’un seul nanomatériau. Ils prévoient maintenant d’affiner la recyclabilité du matériau et d’ajouter la possibilité de régler sa couleur (il est actuellement bleu) à son répertoire.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la nouvelle feuille de nano-assemblage?
C’est un nouveau matériau développé par une équipe dirigée par le Laboratoire national Lawrence Berkeley qui pourrait transformer le développement de nanomatériaux fonctionnels et durables pour l’électronique, le stockage d’énergie, la santé et la sécurité, et bien plus encore.
Quels sont les avantages de ce nouveau matériau?
Le matériau est recyclable, ce qui pourrait permettre une approche de fabrication durable qui évite que les emballages à usage unique et les produits électroniques ne finissent dans les décharges.
Comment ce matériau a-t-il été développé?
L’équipe a mélangé des mélanges de matériaux qui sont connus pour s’auto-assembler en petites particules avec des couches alternées des matériaux composants, suspendus dans un solvant.
Comment les performances du matériau ont-elles été testées?
Les chercheurs ont fait appel à certaines des meilleures installations de recherche du pays pour tester les performances du matériau en tant que revêtement barrière dans plusieurs applications différentes.
Quels sont les plans futurs pour ce matériau?
Les chercheurs prévoient maintenant d’affiner la recyclabilité du matériau et d’ajouter la possibilité de régler sa couleur (il est actuellement bleu) à son répertoire.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| 1. Une nouvelle feuille de nano-assemblage a été développée par une équipe dirigée par le Laboratoire national Lawrence Berkeley. |
| 2. Ce matériau pourrait transformer le développement de nanomatériaux fonctionnels et durables pour diverses applications. |
| 3. Le matériau est recyclable, ce qui pourrait permettre une approche de fabrication durable. |
| 4. L’équipe a réussi à développer un matériau barrière polyvalent et performant à partir de feuilles de nano-assemblage. |
| 5. Le matériau surmonte le problème des défauts d’empilement en évitant l’approche de la feuille empilée en série. |
| 6. Les chercheurs ont utilisé des mélanges complexes de nanoparticules, de petites molécules et de supramolécules à base de copolymères en bloc pour concevoir le système. |
| 7. Les chercheurs ont fabriqué des revêtements barrières en appliquant une solution diluée de polymères, de petites molécules organiques et de nanoparticules sur divers substrats. |
| 8. Les expériences ont montré que le matériau a un grand potentiel en tant que diélectrique, un matériau isolant « barrière à électrons » couramment utilisé dans les condensateurs pour le stockage d’énergie et les applications informatiques. |
| 9. Le matériau peut être dissous et coulé une nouvelle fois pour produire un revêtement barrière frais. |
| 10. Les chercheurs prévoient maintenant d’affiner la recyclabilité du matériau et d’ajouter la possibilité de régler sa couleur. |
Références
Article publié dans la revue Nature publié le 8 novembre 2023. « Functional composites by programming entropy-driven nanosheet growth » – DOI:10.1038/s41586-023-06660-x
