Croyez-le ou non, l'acier a quelque chose en commun avec les appendices bactériens :ils peuvent tous deux subir un type particulier de transformation physique qui reste déroutant. Maintenant, des chercheurs du Japon et de la Chine ont utilisé des observations microscopiques directes pour fournir plus de clarté sur la façon dont cette transformation se produit.

Dans une étude publiée récemment dans Communication Nature , des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo et du Département de physique de l'Université de Fudan ont révélé des détails physiques jusqu'alors inconnus qui sous-tendent les transitions de phase cristalline solide à solide dans les matériaux mous, et peut-être comment les chercheurs peuvent-ils exploiter plus pleinement les propriétés des matériaux avancés.

Un type spécial de transition de phase solide à solide, connu sous le nom de transition martensitique, est une frontière passionnante en médecine, La technologie, et d'autres domaines. La transition martensitique est rendue possible par un mouvement coordonné des atomes dans un matériau, qui modifie les propriétés du matériau sans modifier sa composition chimique. Les alliages métalliques et les protéines peuvent tous deux subir cette transition. Les chercheurs émettent l'hypothèse que dans les matériaux souples facilement déformables, la transition peut se produire différemment de celles observées dans les matériaux durs avec des défauts stables. Maintenant, cette hypothèse est difficile à tester, quelque chose que les chercheurs avaient l'intention d'aborder.

"Traditionnellement, il a été difficile d'observer au microscope le processus dynamique des transitions martensitiques dans les matériaux mous au niveau d'une seule particule, ", déclare le co-auteur principal de l'étude Hajime Tanaka. "Il faut concevoir un moyen de le faire d'une manière qui initie rapidement la transition sans perturber le système."

Pour faire ça, les chercheurs ont utilisé une technique douce connue sous le nom d'échange d'ions - en principe, la même méthode utilisée pour éliminer les ions calcium et magnésium de l'eau - pour changer rapidement la structure cristalline des microparticules polymères. On peut observer la cinétique des transitions martensitiques résultantes avec un microscope à résolution monoparticulaire.

"Les résultats de la microscopie étaient sans ambiguïté, " explique Peng Tan, co-auteur principal de l'étude. "Nous avons observé trois mécanismes auparavant inconnus par lesquels des cristaux colloïdaux mous cubiques centrés sur le corps se forment à partir de cristaux cubiques centrés sur le visage, selon l'état."

Les chercheurs ont examiné les caractéristiques de ces voies, appelées nucléation in-grain activée thermiquement, nucléation assistée par préfusion aux limites des grains, et la croissance assistée par les murs, avec un accent particulier sur la manière dont la barrière énergétique à la transition est réduite dans chaque cas.

"La douceur d'un cristal joue un rôle essentiel dans la nucléation dans le grain activée thermiquement, " explique Tanaka. " Alors que, les deux autres voies peuvent se produire même dans des matériaux durs."

Ces résultats ont des applications diverses. Par exemple, certains produits pharmaceutiques peuvent modifier leur disponibilité dans le corps par des transitions de phase solide à solide ; donc, comprendre comment contrôler quand et où de telles transitions se produisent pourrait fournir un nouveau moyen d'administration ciblée de médicaments. Une meilleure compréhension des mécanismes physiques des transformations de solide à solide soutient le développement de nouveaux matériaux pouvant être adaptés aux applications.