Les applications potentielles des surfaces en carbone sur mesure sont larges et incluent des revêtements protecteurs, pièces de voiture, revêtements biomédicaux et biocapteurs. Pourtant, pour que ces développements se réalisent, des connaissances détaillées au niveau atomique sont encore nécessaires sur la façon dont les surfaces de carbone sont structurées et comment elles peuvent être modifiées.

Grâce au développement d'un nouveau modèle de calcul, Le chercheur postdoctoral Miguel Caro dirige les travaux dans ce domaine des chercheurs de l'Université d'Aalto, qui travaillent en partenariat avec le professeur Gábor Csányi et le Dr Volker Deringer de l'Université de Cambridge.

"Pour la première fois, nous pouvons identifier les propriétés chimiques des surfaces de carbone et mieux comprendre comment nous pouvons les préparer à des fins spécifiques, " explique le professeur Tomi Laurila de l'université Aalto.

L'environnement local de chaque atome dans les carbones amorphes, aussi appelés carbones de type diamant, est légèrement différent. Cela signifie que le nombre d'atomes voisins, ainsi que les distances et les angles entre eux, varie, posant un grand défi dans la recherche pour personnaliser ces surfaces.

Le nouveau modèle informatique a enfin permis aux chercheurs d'identifier une grande variété d'environnements atomiques locaux et de les classer en fonction de leurs propriétés. L'équipe de recherche a également calculé les divers degrés de force avec lesquels différents groupes - hydrogène, alcool (hydroxyle), et l'oxygène—se fixeront aux sites de surface. Certaines obligations sont, naturellement, plus fort que les autres. Étant donné que de nouvelles informations sur les structures de surface peuvent être incorporées pour « recycler » et améliorer le modèle, les propriétés de surfaces encore inconnues peuvent être prédites sur la base de résultats antérieurs.

« Par des calculs, nous pouvons maintenant non seulement explorer à quoi ressemblent les surfaces des matériaux au niveau atomique, mais aussi voir comment elles interagissent avec d'autres substances en cours d'analyse, ainsi que de comprendre les types de groupes chimiques formés sur ces surfaces en raison de cette interaction. Nous étudions également quels types de surfaces sont nécessaires pour optimiser l'interaction avec les molécules que nous aimerions pouvoir détecter, comme le peroxyde d'hydrogène, " explique Laurila.

En d'autres termes, Ces modèles de simulation basés sur la théorie fonctionnelle de la densité et l'apprentissage automatique nous indiquent quels types de structures peuvent être développés et comment ces structures peuvent être optimisées pour des applications spécifiques.

« À l'avenir, nous serons en mesure de produire des surfaces en carbone sur mesure, par exemple, pour capteurs médicaux, qui pourrait être utilisé pour surveiller la concentration d'un médicament particulier dans le sang d'un patient en temps réel. Le suivi des changements de biomarqueurs spécifiques chez les patients peut être la clé pour améliorer les traitements thérapeutiques actuellement utilisés, ou nous aider à identifier le risque d'épidémies de nombreuses maladies courantes plus tôt que jamais, " dit Laurila.

L'étude a été publiée aujourd'hui dans Chimie des Matériaux.