(PhysOrg.com) -- Les nanostructures organiques sont des éléments clés de la nanotechnologie, car ces blocs de construction peuvent être fabriqués avec des propriétés chimiques sur mesure. Leur inconvénient était que leurs propriétés mécaniques étaient jusqu'à présent nettement inférieures à celles des nanostructures métalliques.
Ehoud Gazit, Itay Rousso, et une équipe de l'Université de Tel Aviv, l'Institut des sciences Weizmann et l'Université Ben Gourion du Néguev (Israël) ont désormais introduit des nanosphères organiques aussi rigides que le métal. Comme le rapportent les scientifiques dans le journal Angewandte Chemie , ce sont des composants intéressants pour les matériaux biocomposites ultrarigides.
Les structures biologiques à l'échelle nanométrique présentent souvent des propriétés mécaniques uniques; par exemple, la soie d'araignée est 25 fois plus résistante que l'acier en poids. Les matières organiques synthétiques les plus rigides connues à ce jour sont les aramides, comme le Kevlar. Leur secret est un arrangement spatial spécial de leurs systèmes de noyaux aromatiques et le réseau d'interactions entre leurs liaisons amides planes. Les nouvelles nanosphères sont basées sur un principe de construction similaire. Cependant, contrairement aux grandes chaînes polymériques, ils sont formés dans un processus d'auto-organisation à partir de molécules très simples à base de dipeptides aromatiques de l'acide aminé phénylalanine.
A l'aide d'un microscope à force atomique, les scientifiques ont examiné les propriétés mécaniques de leurs nanosphères. Cet appareil utilise une nanopointe (cantilever), un petit bras de levier flexible avec une pointe très fine à la fin. Lorsque cette pointe est pressée contre un échantillon, la déviation du levier indique si la pointe de l'aiguille peut s'enfoncer dans l'objet échantillon et jusqu'où elle peut aller. Une aiguille métallique n'a pu faire aucune impression sur les nanosphères; seule une aiguille en diamant était capable de le faire. Les chercheurs ont utilisé ces mesures pour calculer le module d'élasticité (module de Young) des nanosphères. Cette valeur est une mesure de la rigidité d'un matériau. Plus la valeur est grande, plus un matériau a de résistance à sa déformation. En utilisant un microscope électronique à balayage haute résolution équipé d'un nanomanipulateur, il a été possible d'observer directement la déformation des sphères.
Pour les nanosphères, l'équipe a mesuré un module d'élasticité remarquablement élevé (275 GPa), ce qui est supérieur à de nombreux métaux et similaire aux valeurs trouvées pour l'acier. Cela fait de ces nanostructures les molécules organiques les plus rigides à ce jour; ils peuvent même éclipser les aramides. En plus d'avoir des propriétés mécaniques exceptionnelles, les nanosphères sont également transparentes. Cela en fait des éléments idéaux pour le renforcement de matériaux biocomposites ultrarigides, tels que les plastiques renforcés pour les implants ou les matériaux pour le remplacement des dents, aérospatial, et d'autres applications qui nécessitent peu de frais, matériaux légers avec une rigidité élevée et une stabilité inhabituelle.
