Dans la nature, il n'existe pas de surface vraiment propre. Le contact avec l'air normal est suffisant pour recouvrir n'importe quel matériau d'une fine couche de molécules. Cette "saleté moléculaire" peut modifier considérablement les propriétés du matériau, pourtant les molécules elles-mêmes sont difficiles à étudier. Certains ont émis l'hypothèse que cette "saleté" est simplement une seule couche de molécules d'eau. Pour tester cette idée, une nouvelle méthode d'investigation a été développée à la TU Wien :en créant de la glace ultra-pure dans une chambre à vide puis en la fondant, les chercheurs pourraient créer les gouttes d'eau les plus propres au monde, qui ont ensuite été appliqués sur des surfaces en dioxyde de titane.

Avec cette méthode, les chercheurs ont montré que la "saleté" modifiant les propriétés des surfaces en dioxyde de titane est une couche monomoléculaire épaisse de deux acides organiques :l'acide acétique (qui rend le vinaigre aigre) et son proche parent, l'acide formique. C'est surprenant, parce que seules des traces infimes de ces acides se trouvent dans l'air. Ces résultats et les détails de la nouvelle méthode ont été récemment publiés dans la revue Science .

Structures inexpliquées

Dioxyde de titane (TiO 2 ) est un minéral abondant qui joue un rôle important dans un large éventail d'applications techniques, y compris les surfaces autonettoyantes. Par exemple, une fine couche de dioxyde de titane empêche les miroirs de s'embuer dans l'air humide. A l'aide de microscopes très puissants, des chercheurs du monde entier ont observé une molécule inconnue se fixant aux surfaces de dioxyde de titane lorsqu'elles sont entrées en contact avec de l'eau.

L'idée a été avancée que ces molécules étaient un nouveau type de glace d'eau ou peut-être d'eau gazeuse formée à partir de dioxyde de carbone dans l'air. La bonne réponse est bien plus intéressante :comme l'équipe de recherche l'a découvert, ces structures sont en fait deux acides organiques, acide acétique et acide formique. Ces acides sont des sous-produits de la croissance des plantes. Remarquablement, seules de minuscules traces de ces acides sont présentes dans l'air - quelques molécules d'acide par milliard de molécules d'air. Bien que de nombreuses autres molécules soient plus courantes dans l'air, ce sont ces deux acides qui adhèrent à la surface de l'oxyde métallique et modifient son comportement.

Eau ultra pure sous vide

"Afin d'éviter les impuretés, des expériences comme celles-ci doivent être menées dans le vide, " dit Ulrike Diebold. " Par conséquent, nous avons dû créer une goutte d'eau qui n'est jamais entrée en contact avec l'air, puis placez la goutte sur une surface de dioxyde de titane qui a été scrupuleusement nettoyée à l'échelle atomique. quelle que soit la température.

Les chercheurs ont imaginé une nouvelle méthode d'investigation ingénieuse. Leur solution était de faire un «doigt froid» dans leur aspirateur. L'extrémité de ce doigt métallique est refroidie à environ -140°C et de la vapeur d'eau ultra-pure est ensuite autorisée à s'écouler dans la chambre. L'eau gèle sur le bout du doigt froid, produire un petit, glaçon ultra-propre. L'échantillon de dioxyde de titane est ensuite placé sous le doigt. Quand le glaçon fond, de l'eau ultrapure tombe sur l'échantillon.

Les acides organiques sont à blâmer

La surface a ensuite été étudiée à l'aide de microscopes à haute puissance, mais les scientifiques n'ont vu aucune trace des molécules inconnues utilisant de l'eau ultrapure. Même quand ils fabriquaient de l'eau gazeuse avec du dioxyde de carbone, l'étrange "couche de saleté" n'a pas été trouvée. Cela signifie que les molécules doivent provenir d'autre chose que de l'eau ou du dioxyde de carbone.

Ce n'est que lorsque l'échantillon est mis en contact avec l'air que les molécules étranges apparaissent. De façon intéressante, les mêmes molécules ont été observées dans différentes parties du monde, dans la ville de Vienne et dans une partie rurale des États-Unis. L'analyse chimique a montré qu'il s'agissait d'acides organiques simples généralement produits par les plantes.

"Ce résultat nous montre à quel point nous devons être prudents lorsque nous menons des expériences de ce genre, " dit Ulrike Diebold. " Même de minuscules traces dans l'air, qui pourrait en fait être considéré comme insignifiant, sont parfois décisifs."

Les résultats des travaux de recherche ont été publiés dans la revue Science .