Le nanomatériau change sa force par des signaux électriques.
(PhysOrg.com) -- Une première mondiale :un matériau qui change de résistance, virtuellement sur simple pression d'un bouton. Cette transformation peut être réalisée en quelques secondes grâce à des changements dans la structure électronique d'un matériau; donc matière dure et cassante, par exemple, peut devenir mou et malléable. Ce qui rend ce développement révolutionnaire, est que la transformation peut être contrôlée par des signaux électriques. Cette première mondiale a ses origines à Hambourg. Jörg Weißmüller, un scientifique des matériaux à la fois à l'Université technique de Hambourg et au Helmholtz Center Geesthacht, a mené des recherches sur ce développement révolutionnaire, travaillant en coopération avec des collègues de l'Institute for Metal Research de Shenyang, Chine.
Le chercheur de 51 ans originaire de la Sarre a évoqué ses recherches fondamentales, qui ouvre la porte à une multitude d'applications diverses, comme « une percée dans les sciences des matériaux ». Le nouveau matériau métallique haute performance est décrit par le professeur Dr. Jörg Weißmüller et le chercheur chinois Hai-Jun Jin dans le dernier numéro de la célèbre revue scientifique Science . Les résultats de leurs recherches pourraient, par exemple, faire de futurs matériaux intelligents avec la capacité d'auto-guérison, lisser les défauts de manière autonome.
La fermeté d'un œuf à la coque peut être ajustée à volonté au fil du temps de cuisson. Certaines décisions sont, cependant, irrévocable – un œuf dur ne peut jamais être reconverti en un œuf à la coque. Il y aurait moins de gêne à la table du petit-déjeuner si nous pouvions simplement basculer entre les différents degrés de fermeté de l'œuf.
Des problèmes similaires se posent dans la fabrication de matériaux de structure tels que les métaux et les alliages. Les propriétés des matériaux sont définies une fois pour toutes lors de la production. Cela oblige les ingénieurs à faire des compromis dans le choix des propriétés mécaniques d'un matériau. Une plus grande résistance s'accompagne inévitablement d'une fragilité accrue et d'une réduction de la tolérance aux dommages.
Professeur Weißmüller, directeur de l'Institut de physique et de technologie des matériaux à l'Université technique de Hambourg et également du département des systèmes de matériaux hybrides au Helmholtz Center Geesthacht, a déclaré :« C'est un point où des progrès importants sont réalisés. Pour la première fois, nous avons réussi à produire un matériau qui, en service, peut basculer entre un état de comportement fort et cassant et un état mou et malléable. Nous sommes encore au stade de la recherche fondamentale mais notre découverte pourrait apporter des progrès significatifs dans le développement de matériaux dits intelligents.
Un mariage de métal et d'eau
Afin de produire ce matériau innovant, les spécialistes des matériaux utilisent un processus relativement simple :la corrosion. Les métaux, typiquement des métaux précieux comme l'or ou le platine, sont placés dans une solution acide. En raison du début du processus de corrosion, des conduits et des trous minuscules sont formés dans le métal. Le matériau nanostructuré émergent est traversé par un réseau de canaux de pores.
Le nanomatériau au microscope électronique à balayage.
Les pores sont imprégnés d'un liquide conducteur, par exemple une solution saline simple ou un acide dilué, et un véritable matériau hybride de métal et de liquide est ainsi créé. C'est le "mariage" insolite, comme Weißmüller appelle cette union du métal et de l'eau qui, lorsqu'il est déclenché par un signal électrique, permet aux propriétés du matériau de changer d'une simple pression sur un bouton.
Comme les ions sont dissous dans le liquide, les surfaces du métal peuvent être chargées électriquement. En d'autres termes, les propriétés mécaniques du partenaire métallique sont modifiées par l'application d'un potentiel électrique dans le partenaire liquide. L'effet peut être attribué à un renforcement ou à un affaiblissement de la liaison atomique à la surface du métal lorsque des électrons supplémentaires sont ajoutés ou retirés des atomes de surface. La résistance du matériau peut être doublée si nécessaire. Alternativement, le matériau peut être basculé dans un état plus faible, mais plus tolérant aux dommages, absorbant l'énergie et malléable.
Les applications spécifiques sont encore une question d'avenir. Cependant, les chercheurs pensent déjà à l'avenir. En principe, le matériau peut créer spontanément et sélectivement des signaux électriques, de manière à renforcer la matière dans les régions de concentration de contraintes locales. Dommage, par exemple sous forme de fissures, pourraient ainsi être évités voire guéris. Cela a rapproché les scientifiques de leur objectif de matériaux « intelligents » à haute performance.
