Les scientifiques ont créé de nouveaux types de particules, 1/100ème du diamètre d'un cheveu humain, qui s'assemblent spontanément en structures ressemblant à des molécules faites d'atomes. Crédit :Illustration reproduite avec l'aimable autorisation de Yufeng Wang et Yu Wang.
Les scientifiques ont créé de nouveaux types de particules, 1/100ème du diamètre d'un cheveu humain, qui s'assemblent spontanément en structures ressemblant à des molécules faites d'atomes. Ces nouvelles particules se rassemblent, ou "auto-assembler, " pour former des structures dans des modèles qui étaient auparavant impossibles à réaliser et à tenir pour la fabrication de matériaux optiques et de céramiques avancés.
La méthode, décrit dans le dernier numéro de la revue La nature , a été développé par une équipe de chimistes, ingénieurs chimistes, et physiciens de l'Université de New York (NYU), la Harvard School of Engineering &Applied Sciences, le département de physique de Harvard, et Dow Chemical Company.
La méthode est centrée sur l'amélioration de l'architecture des colloïdes, de petites particules en suspension dans un milieu fluide. Les dispersions colloïdales sont composées d'objets du quotidien tels que la peinture, Le Lait, Gélatine, un verre, et porcelaine, mais leur potentiel de création de nouveaux matériaux reste largement inexploité.
Précédemment, les scientifiques avaient réussi à construire des structures rudimentaires à partir de colloïdes. Mais la capacité d'utiliser des colloïdes pour concevoir et assembler des structures tridimensionnelles complexes, qui sont essentiels à la conception de matériaux optiques avancés, a été limité. C'est, en partie, parce que les colloïdes manquent de liaisons directionnelles, qui sont nécessaires pour contrôler l'auto-assemblage des particules ainsi que pour améliorer la complexité tout en maintenant l'intégrité structurelle de ces créations. De tels assemblages servent de blocs de construction du monde naturel - par exemple, atomes et molécules, mais ils sont rares dans le domaine colloïdal.
"Ce que cette méthode visait à faire était d'utiliser les propriétés de la nature pour les atomes et de les appliquer au monde colloïdal, " a expliqué le professeur de chimie de l'Université de New York, Marcus Weck, l'un des co-auteurs de l'étude.
Ce sont des images au microscope électronique d'"atomes colloïdaux, " particules de taille micrométrique avec des patchs qui ne permettent de se lier que selon des directions particulières. De gauche à droite :particule avec un patch (analogue à un atome d'hydrogène), deux, Trois, quatre (analogue à un atome de carbone), cinq, six, et sept patchs. Crédit :Image reproduite avec l'aimable autorisation de Vinothan N. Manoharan et David J. Pine.
« Les chimistes ont le choix entre tout un tableau périodique des atomes lorsqu'ils synthétisent des molécules et des cristaux, " a ajouté le co-auteur Vinothan Manoharan, Professeur agrégé de génie chimique et de physique à Harvard. « Nous voulions développer un « ensemble de construction » similaire pour fabriquer des molécules et des cristaux à plus grande échelle. »
En développant des colloïdes avec de telles propriétés, les chercheurs ont conçu des "patchs" chimiques qui peuvent former des liaisons directionnelles, permettant ainsi l'assemblage de "réseaux" tridimensionnels avec seulement quelques connexions entre les particules, un élément de conception important pour de nombreux matériaux avancés. Sans liaison directionnelle, de telles structures sont instables.
L'astuce consistait à établir des capacités de liaison sur les patchs. Les scientifiques l'ont fait en utilisant des brins simples d'ADN, que les scientifiques de NYU et d'ailleurs ont déjà utilisé pour organiser les petites particules. Dans la méthode décrite dans Nature, ces brins d'ADN servaient d'"extrémités collantes" auxquelles les plaques de particules pouvaient adhérer.
"Ce que cela signifie, c'est que nous pouvons fabriquer des particules qui ne se fixent qu'au niveau des plaques, et ensuite nous pouvons les programmer pour que seuls des types spécifiques de particules se fixent à ces patchs, " a déclaré le co-auteur et professeur de physique à la NYU David Pine. " Cela nous donne une énorme flexibilité pour concevoir des structures en 3 dimensions. "
Les chercheurs ont ajouté que la spécificité des interactions d'ADN entre les patchs signifie que les colloïdes avec des propriétés différentes, comme la taille, Couleur, fonctionnalité chimique, ou conductivité électrique, pourrait conduire à la production de nouveaux matériaux. Ceux-ci incluent potentiellement des réseaux tridimensionnels câblés électriquement ou des cristaux photoniques pour améliorer les affichages optiques d'une gamme de produits de consommation et pour améliorer la vitesse des puces informatiques.
