Des scientifiques de l’université Friedrich Schiller de Jena et de l’université Friedrich Alexander d’Erlangen-Nuremberg, toutes deux allemandes, ont réussi à développer des nanomatériaux en utilisant une approche dite ascendante. Comme le rapporte le journal ACS Nano, ils exploitent le fait que les cristaux se développent souvent dans une direction spécifique lors de la cristallisation. Les nanostructures résultantes pourraient être utilisées dans diverses applications technologiques.
« Nos structures pourraient être décrites comme des tiges en forme de ver avec des décorations », explique le professeur Felix Schacher. « Dans ces bâtonnets se trouvent des nanoparticules sphériques ; dans notre cas, il s’agissait de silice. Cependant, au lieu de silice, des nanoparticules conductrices ou des semi-conducteurs pourraient également être utilisés, voire des mélanges, qui peuvent être distribués sélectivement dans les nanocristaux grâce à notre méthode », a-t-il déclaré. ajoute. En conséquence, l’éventail des applications possibles en science et technologie est large, allant du traitement de l’information à la catalyse.
Comprendre et contrôler le processus de formation
« L’objectif premier de ce travail était de comprendre le mode de préparation en tant que tel », explique le chimiste. Pour produire des nanostructures, explique-t-il, il existe deux approches différentes : les particules plus grosses sont broyées jusqu’à une taille nanométrique, ou les structures sont construites à partir de composants plus petits.
« Nous voulions comprendre et contrôler ce processus de construction », décrit Schacher. Pour cela, l’équipe a utilisé des particules individuelles de dioxyde de silicium, appelées silice, et des molécules polymères greffées en forme de chaîne comme une sorte de coque.
« On pourrait l’imaginer comme des poils sur une sphère », explique le scientifique. Il ajoute : « Ces poils sont constitués d’un matériau appelé « poly-(isopropyl-oxazoline) ». Cette substance cristallise lorsqu’elle est chauffée. Et c’est l’idée de notre méthode : les cristaux ne se développent presque jamais simultanément dans toutes les directions mais préfèrent une direction particulière. C’est ce qu’on appelle l’anisotropie. Ainsi, nous avons pu développer délibérément nos nanostructures.
Au cours de ce processus, l’équipe a découvert un phénomène intrigant. « Pour que le polymère cristallise, il faut de petites quantités qui ne sont pas liées à la surface d’une particule mais sont librement présentes dans la solution réactionnelle, agissant comme une sorte de colle. Nous avons découvert que les quantités requises sont si petites qu’elles sont à peine détectables. … Mais ils sont nécessaires », ajoute-t-il.
Schacher est particulièrement enthousiasmé par la collaboration unique qui a rendu cette recherche possible. « Sans l’excellente coopération du professeur Michael Engel de l’université d’Erlangen, ce travail n’aurait pas pu être réalisé », souligne le scientifique d’Iéna.
« Grâce à des simulations informatiques décrivant le comportement à plusieurs échelles, nous avons pu résoudre de manière complexe les processus moléculaires complexes sous-jacents à la formation des nanostructures. C’était un défi passionnant », ajoute Engel.
Les deux scientifiques concluent : « Nous avons eu l’opportunité de participer ensemble à un programme de l’Institut Kavli de physique théorique (KITP) de l’Université de Californie à Santa Barbara plus tôt cette année. Au cours de cet atelier, nous avons rédigé conjointement ce manuscrit. avait bien sûr été menée au préalable, en partie dans le cadre du centre de recherche collaboratif TRR 234 « CataLight » financé par la Fondation allemande pour la recherche. Mais l’atmosphère inspirante de l’atelier nous a donné l’élan nécessaire pour mener à bien le travail.
Plus d’information:
Afshin Nabiyan et al, Auto-assemblage de nanoparticules hybrides noyau-coquille par cristallisation directionnelle de polymères greffés, ACS Nano (2023). DOI : 10.1021/acsnano.3c05461
Fourni par Friedrich-Schiller-Universität Jena