Les actionneurs sont des composants de machines courants qui convertissent l’énergie en mouvement, comme les muscles du corps humain, les vibrateurs des téléphones portables ou les moteurs électriques. Les matériaux d’actionneur idéaux ont besoin de bonnes propriétés électrochimiques pour conduire de manière répétée des courants électriques constitués d’électrons circulant.
De plus, les matériaux des actionneurs nécessitent d’excellentes propriétés mécaniques pour résister aux contraintes physiques associées à un mouvement continu. Le platine nanoporeux (np-Pt), une matrice de platine contenant de minuscules pores pour augmenter la conduction énergétique, a été récemment créé en grande quantité et de manière rentable, faisant du np-Pt un matériau d’actionneur idéal et plus pratique.
Un groupe de scientifiques des matériaux de l’Université de technologie de Hambourg, en Allemagne, a fabriqué un matériau np-Pt à ligaments ultrafins constitué d’un réseau aléatoire et interconnecté de brins ou ligaments de platine très fins, aussi petits que deux nanomètres (10-9 m ) en diamètre.
Ce réseau crée également de minuscules pores entre les brins, ce qui améliore le mouvement des électrons ou des atomes chargés à travers le matériau. Il est important de noter que l’équipe a utilisé une méthode de fabrication efficace qui a réduit le coût associé à la synthèse d’un np-Pt. En diminuant le diamètre des brins de Pt, le rapport surface/volume et la stabilité mécanique du matériau np-Pt augmentent, améliorant ainsi les performances de l’actionneur du matériau.
Les chercheurs ont publié leur étude dans Matériaux et dispositifs énergétiques.
Comparé à d’autres métaux et matériaux nanoporeux étudiés pour leur utilisation potentielle comme actionneurs, l’équipe a découvert que le np-Pt était physiquement plus robuste et fonctionnerait probablement bien comme matériau de capteur ou de détecteur par rapport à d’autres matériaux nanoporeux trop fragiles.
« La taille fine du ligament du np-Pt pourrait fournir une surface accrue, ce qui ferait de ce matériau un catalyseur prometteur de réactions chimiques ainsi qu’un matériau actionneur », a déclaré Haonan Sun, premier auteur de l’article et chercheur au sein du groupe de recherche de Systèmes intégrés de nanomatériaux métalliques à l’Université de technologie de Hambourg. En tant que catalyseur, le np-Pt accélérerait la vitesse de réactions chimiques spécifiques.
Ce qui était le plus unique dans l’étude, c’était la manière dont les chercheurs fabriquaient le matériau np-Pt. « La principale avancée de cette recherche est que nous avons obtenu du np-Pt en vrac par désalliage électrochimique. Les études antérieures sur le np-Pt étaient toutes basées sur des nanoparticules ou des films préparés à l’aide de particules de Pt commerciales plus coûteuses. Ainsi, la méthode simple et bon marché de désalliage augmente le caractère pratique du np-Pt et rend possible la poursuite des recherches », a déclaré Sun.
Plus précisément, le désalliage est un processus de lixiviation sélective ou de corrosion dans lequel un composant d’un alliage, ou d’un mélange de matériaux, est sélectivement éliminé du matériau. Avant le processus de désalliage, le matériau est un mélange uniforme. Après le processus de lixiviation sélective, les matériaux mélangés les plus chimiquement actifs sont partiellement éliminés du matériau, laissant derrière eux de minuscules pores.
Dans ce cas, le np-Pt a été fabriqué par lixiviation sélective du cuivre d’un alliage platine-cuivre (Pt15Cu85) à l’aide d’acide sulfurique (H2SO4).
Avant cette étude, le np-Pt n’avait jamais non plus été fabriqué en grandes quantités. L’équipe de recherche suggère que les performances réussies du np-Pt en vrac servent de modèle pour le développement d’autres métaux nanoporeux qui pourraient être étudiés pour leur pertinence en tant que matériaux d’actionneurs potentiels, capteurs de contrainte ou catalyseurs de réactions chimiques.
Une fois établies les performances du matériau de l’actionneur np-Pt, l’équipe attend avec impatience de déterminer les effets du matériau sur les réactions chimiques. « La prochaine étape de cette étude consiste à étudier la propriété de catalyseur chimique de notre np-Pt. Nous avons déjà découvert des phénomènes très intéressants avec le np-Pt en vrac sur la réaction de réduction de l’oxygène qui combine l’oxygène et l’hydrogène pour former de l’eau… et nous J’aimerais faire des recherches plus approfondies à ce sujet », a déclaré Sun.
Plus d’information:
Haonan Sun et al, Platine nanoporeux en vrac pour l’actionnement électrochimique, Matériaux et dispositifs énergétiques (2023). DOI : 10.26599/EMD.2023.9370006
Fourni par Tsinghua University Press