(PhysOrg.com) -- Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont démontré une technique de mesure qui détermine de manière fiable trois propriétés mécaniques fondamentales des films à l'échelle proche du nanomètre. La technique, qui met en évidence l'enjeu de faire des mesures mécaniques sur un objet ayant au moins une dimension comparable à la taille d'un virus, devrait permettre une meilleure conception et ingénierie pour une variété de technologies à couches minces, en particulier les membranes d'osmose inverse pour la purification de l'eau.

Membranes d'osmose inverse, explique le chercheur du NIST Chris Stafford, sont un défi intéressant pour le scientifique des matériaux. Les membranes sont utilisées dans les systèmes de purification de l'eau :un film de polyamide d'une épaisseur maximale de 200 nanomètres doublé d'un film plus épais, couche de support poreuse. L'eau contenant des sels dissous ou d'autres contaminants est forcée contre un côté de la membrane à des pressions substantielles jusqu'à environ mille psi (environ 7 mégapascals), et sort de l'autre côté en laissant la plupart des impuretés derrière. L'intégrité mécanique de la membrane est évidemment essentielle - elle ne peut pas déchirer ou développer des fuites d'épingle sous la pression - mais les ingénieurs manquaient d'un bon moyen de mesurer la résistance et le point de rupture, sous contrainte, de ces films extrêmement minces.

La technique du NIST s'appuie sur des travaux antérieurs de l'équipe qui ont démontré que vous pouvez déterminer de manière fiable le module de Young - une mesure de rigidité ou d'élasticité - pour des films minces et ultraminces en le liant à un morceau de caoutchouc de silicone, puis en l'étirant soigneusement dans une direction. Le film développera un motif de rides régulièrement espacées (essayez-le avec un morceau de pellicule plastique), et l'espacement des rides, la quantité d'étirement et quelques calculs vous donnent le module. Dans le nouveau travail, ils tirent essentiellement plus fort jusqu'à ce que le film commence à développer de minuscules fissures transversalement à la tension. Ceux-ci aussi, il s'avère, se produisent dans des modèles réguliers, et l'espacement peut être analysé pour déterminer à la fois la résistance à la rupture et la déformation initiale à la rupture, ou le point de défaillance, du film.

Appliquant leur technique pour étudier l'effet du chlore sur les membranes d'osmose inverse, l'équipe a découvert une énigme. Le chlore dans l'eau est connu pour provoquer une détérioration progressive des performances des membranes, généralement considéré comme le résultat d'une attaque chimique prolongée par le chlore. Pas si, selon l'équipe du NIST. « Chimiquement, l'attaque au chlore est assez rapide, " dit Stafford. L'analyse chimique spectroscopique a montré que tous les dommages chimiques causés par l'exposition au chlore se produisent dans les premières heures. Tests utilisant la méthode des rides et fissures, cependant, montrent que les propriétés mécaniques se dégradent en continu - le matériau devient de plus en plus rigide, fragile et faible jusqu'à la plus longue durée testée, 10 jours. "C'est peut-être un effet de vieillissement dans les polymères, " dit Stafford. " Nous continuons à étudier cela pour comprendre ce qui se passe là-dedans, car c'est un vrai défi de mesure d'entrer sur cette échelle de longueur pour suivre la structure au fil du temps."

Le projet fait partie d'un programme plus large du NIST pour étudier les problèmes de matériaux liés aux technologies durables comme la purification de l'eau, mais l'équipe de recherche note que la méthode des rides et fissures elle-même serait largement applicable aux études mécaniques de presque tous les films minces à l'échelle nanométrique dans des domaines aussi divers que la peau artificielle, électronique souple, capteurs à couche mince, piles à combustible et photovoltaïque.