Les composites sont des combinaisons de matériaux qui produisent des propriétés inaccessibles dans un seul matériau. Un exemple classique de composite est la fibre de verre - des fibres de plastique tissées avec du verre pour renforcer les bâtons de hockey ou la coque d'un bateau. Contrairement aux techniques bien établies de production de fibre de verre et d'autres composites à grande échelle, cependant, il n'y a pas de schémas généraux disponibles pour la fabrication de composites à l'échelle nanométrique.

Maintenant, chercheurs de la fonderie moléculaire de Berkeley Lab, en collaboration avec un chercheur de l'Université de Californie, Berkeley, ont montré comment des nanocomposites aux propriétés souhaitées peuvent être conçus et fabriqués en assemblant d'abord des nanocristaux et des nanotiges enrobés de courtes molécules organiques, appelés ligands. Ces ligands sont ensuite remplacés par des amas de chalcogénures métalliques, comme le sulfure de cuivre. Par conséquent, les clusters se lient aux blocs de construction de nanocristaux ou de nanotiges et aident à créer un nanocomposite stable. L'équipe a appliqué ce schéma à plus de 20 combinaisons différentes de matériaux, y compris des sphères de nanocristaux compactes pour les matériaux thermoélectriques et des nanotiges alignées verticalement pour les cellules solaires.

"Nous commençons tout juste à comprendre comment la combinaison de matériaux à l'échelle nanométrique peut ouvrir de nouvelles possibilités pour les propriétés électroniques et les technologies énergétiques efficaces, " dit Delia Milliron, Directeur de l'Installation Nanostructures Inorganiques à la Fonderie Moléculaire. "Ce nouveau procédé de fabrication de nanocomposites inorganiques nous donne une capacité sans précédent d'ajuster la composition et de contrôler la morphologie."

Les chercheurs anticipent la demande des utilisateurs à la recherche de ce dernier ajout à l'arsenal de capacités de synthèse de matériaux de la fonderie, car cette approche mix-and-match des nanocomposites pourrait être utilisée dans une liste infinie d'applications, y compris les matériaux pour des utilisations aussi populaires que les électrodes de batterie, photovoltaïque et stockage électronique de données.

"La beauté de notre méthode n'est pas seulement la flexibilité des compositions qui peuvent être réalisées, mais la facilité avec laquelle cela peut être fait. Aucun équipement spécialisé n'est requis, une variété de substrats peut être utilisée et le processus est évolutif, " dit Ravisubhash Tangirala, un chercheur post-doctoral de la Foundry travaillant avec Milliron.