Ensemble de montage de fantaisie ? Nan. La structure fractale élaborée illustrée à droite (avec un gros plan ci-dessous) est nombreuse, beaucoup plus petit que cela et n'est certainement pas un jeu d'enfant. C'est le dernier exemple de ce que Julia Greer, professeur de science et mécanique des matériaux, appelle un nanotruss fractal - nano parce que les structures sont composées d'éléments aussi minces que cinq nanomètres (cinq milliardièmes de mètre); treillis, car ce sont des structures soigneusement architecturées qui pourraient un jour être utilisées dans les matériaux d'ingénierie structurelle.

Le groupe de Greer a développé un processus en trois étapes pour construire très précisément des structures aussi complexes. Ils utilisent d'abord une méthode d'écriture laser directe appelée lithographie à deux photons pour "écrire" un motif tridimensionnel dans un polymère, permettant à un faisceau laser de réticuler et de durcir le polymère partout où il est focalisé. A la fin de l'étape de structuration, les parties du polymère qui ont été exposées au laser restent intactes tandis que le reste est dissous, révélant un échafaudage en trois dimensions. Prochain, les scientifiques enduisent l'échafaudage polymère d'une couche continue, couche très mince d'un matériau - il peut s'agir d'une céramique, métal, verre métallique, semi-conducteur, "à peu près tout, " dit Greer. Dans ce cas, ils ont utilisé de l'alumine, ou de l'oxyde d'aluminium, qui est une céramique cassante, pour enduire l'échafaudage. Dans l'étape finale, ils attaquent le polymère de l'intérieur de la structure, laissant une architecture creuse.

Tirant parti de certains des effets de taille que de nombreux matériaux affichent à l'échelle nanométrique, ces nanotrusses peuvent avoir des propriétés inhabituelles, qualités recherchées. Par exemple, matériaux intrinsèquement cassants, comme la céramique, y compris l'alumine illustrée, peuvent être rendus déformables afin qu'ils puissent être écrasés et encore rebondir à leur état d'origine sans défaillance globale.

"Avoir un contrôle total sur l'architecture nous donne la possibilité d'ajuster les propriétés des matériaux à ce qui était auparavant inaccessible avec des matériaux monolithiques conventionnels ou avec des mousses, " dit Greer. " Par exemple, nous pouvons dissocier la force de la densité et fabriquer des matériaux à la fois solides (et résistants) et extrêmement légers. Ces structures peuvent contenir près de 99 % d'air, mais peuvent aussi être aussi solides que l'acier. Les concevoir en fractales nous permet d'intégrer la conception hiérarchique dans l'architecture matérielle, qui promet d'avoir d'autres propriétés bénéfiques."

Les membres du groupe de Greer qui ont aidé à développer le nouveau processus de fabrication et à créer ces nanotrusses sont les étudiants diplômés Lucas Meza et Lauren Montemayor et Nigel Clarke, un stagiaire de premier cycle de l'Université de Waterloo.