Grâce à l’intelligence artificielle, des chercheurs de l’Université de Linköping, en Suède, ont mis au jour des occurrences jusque-là négligées des matériaux 2D MXenes dans d’anciennes bases de données. Ces découvertes ont incité les chercheurs à créer de nouveaux matériaux au moyen de méthodes de synthèse plus durables qu’auparavant. Les résultats, publiés dans la revue Science, ouvrent de nouvelles applications aux MXenes, où le magnétisme constitue une composante importante, notamment pour le stockage d’énergie et de données.
«Nous devons regarder à la fois en arrière et en avant pour accélérer la science des matériaux. La littérature regorge d’informations dont nous n’avons pas conscience. Nous, chercheurs, réinventons parfois la roue et prétendons avoir fait de grandes découvertes – avant de constater qu’elles avaient déjà été faites, par exemple, en Allemagne dans les années 1970», déclare Johanna Rosén, professeure de physique des matériaux à l’Université de Linköping (LiU).
Son groupe de recherche, avec des collègues d’Estonie et de Finlande, a utilisé l’IA pour explorer des bases de données de matériaux et identifier des MXenes déjà créés mais dont le domaine de recherche n’avait pas connaissance.
Les MXenes constituent une famille de matériaux découverte aussi récemment qu’en 2011. Les MXenes de base se composent d’un métal associé à des atomes de carbone ou d’azote. Toutefois, l’essentiel réside dans leur structure – les MXenes ne comptent que quelques couches atomiques, ce qui leur confère une surface extrêmement vaste par rapport à leur poids.
Au total, les chercheurs ont pu identifier 33 MXenes déjà existants. Inspirés par leurs découvertes, ils en ont également créé 11 nouveaux. Johanna Rosén explique que le projet a été officieusement surnommé le projet du Coffre au trésor par les chercheurs impliqués.
«La littérature et les bases de données sont des coffres au trésor – il suffit d’en soulever le couvercle pour voir ce qu’elles renferment.»
Les MXenes peuvent être superposés les uns sur les autres, et un film de quelques millimètres d’épaisseur seulement peut contenir plusieurs millions de couches du matériau. Entre ces couches, de nombreuses réactions chimiques différentes peuvent se produire, selon la composition des MXenes. Cela confère aux matériaux des propriétés potentiellement adaptées, par exemple, à la purification de l’eau, au stockage d’énergie, aux télécommunications, à la biomédecine et à d’autres domaines que les chercheurs n’ont pas encore étudiés.
«Les MXenes peuvent présenter un large éventail de propriétés utiles, dont beaucoup ont des applications potentielles dans le domaine de la durabilité. La découverte de nouvelles compositions nous donne l’occasion d’explorer encore davantage de possibilités d’utilisation de ces matériaux», déclare Ali Saffar Shamshirgar, chercheur à l’Université de Linköping (LiU) et premier auteur de l’article publié dans Science.
L’une des découvertes les plus importantes de la présente étude, outre les nouveaux matériaux, concerne les méthodes de fabrication. L’équipe de recherche est parvenue à créer les MXenes d’une manière entièrement nouvelle, sans chauffage externe, en quelques secondes seulement. Cette nouvelle méthode requiert nettement moins de produits chimiques dangereux et moins d’eau qu’auparavant. Selon Johanna Rosén, il se passe beaucoup de choses sur le front de la recherche en matière de synthèse des MXenes, ce qui signifie que la fabrication peut être intensifiée.
«Je pense que c’est le passage à l’échelle qui fera basculer les MXenes vers une utilisation réellement bien plus importante dans différentes applications.»
En outre, l’équipe de recherche a démontré que des métaux des terres rares peuvent remplacer les métaux dans les MXenes, ce qui signifie que ces derniers peuvent également devenir magnétiques et ainsi élargir encore le champ des applications.
Article : Data-driven discovery and rapid, direct synthesis of MXenes – Journal : Science – DOI : Lien vers l’étude
Source : Linkoping U.
