Pour que les nanomatériaux métalliques tiennent leur promesse en matière d’énergie et d’électronique, ils doivent prendre forme – littéralement.
Pour offrir des propriétés mécaniques et électriques fiables, les nanomatériaux doivent avoir des formes et des surfaces cohérentes et prévisibles, ainsi que des techniques de production évolutives. Les ingénieurs d’UC Riverside résolvent ce problème en vaporisant des métaux dans un champ magnétique pour diriger le réassemblage des atomes métalliques dans des formes prévisibles. La recherche est publié dans le Journal of Physical Chemistry Letters.
Image montrant les particules filiformes formées par le fer et le nickel et les amas plus globulaires formés par le cuivre. Crédit d’image: Abbaschian, Zachariah, et. Al. 2021
Les nanomatériaux, qui sont constitués de particules mesurant de 1 à 100 nanomètres, sont généralement créés dans une matrice liquide, ce qui est coûteux pour les applications de production en vrac, et dans de nombreux cas, ils ne peuvent pas fabriquer des métaux purs, tels que l’aluminium ou le magnésium. Des techniques de production plus économiques impliquent généralement des approches en phase vapeur pour créer un nuage de particules se condensant à partir de la vapeur. Ceux-ci souffrent d’un manque de contrôle.
Reza Abbaschian, un éminent professeur de génie mécanique; et Michael Zachariah, un éminent professeur de génie chimique et environnemental au Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering de l’UC Riverside; ont uni leurs forces pour créer des nanomatériaux à partir de fer, de cuivre et de nickel en phase gazeuse. Ils ont placé du métal solide dans une puissante bobine de lévitation électromagnétique pour chauffer le métal au-delà de son point de fusion, le vaporisant. Les gouttelettes de métal lévitaient dans le gaz à l’intérieur de la bobine et se déplaçaient dans des directions déterminées par leurs réactions inhérentes aux forces magnétiques. Lorsque les gouttelettes se sont liées, elles l’ont fait d’une manière ordonnée que les chercheurs ont appris qu’ils pouvaient prédire en fonction du type de métal et de la manière et de l’endroit où ils appliquaient les champs magnétiques.
Les nanoparticules de fer et de nickel formaient des agrégats en forme de chaîne tandis que les nanoparticules de cuivre formaient des amas globulaires. Lorsqu’ils sont déposés sur un film de carbone, les agrégats de fer et de nickel ont donné au film une surface poreuse, tandis que les agrégats de carbone lui ont donné une surface solide plus compacte. Les qualités des matériaux sur le film de carbone reflétaient à plus grande échelle les propriétés de chaque type de nanoparticule.
Parce que le champ peut être considéré comme un «add-on», cette approche pourrait être appliquée à toute source de génération de nanoparticules en phase vapeur où la structure est importante, comme les charges utilisées dans les composites polymères pour le blindage magnétique, ou pour améliorer propriétés mécaniques.
«Cette approche« dirigée sur le terrain »permet de manipuler le processus d’assemblage et de changer l’architecture des particules résultantes d’objets de haute dimension fractale en structures de type chaîne de dimension inférieure. L’intensité du champ peut être utilisée pour manipuler l’étendue de cet arrangement », a déclaré Zachariah.
La source: UC Riverside
