Le réglage de la structure du matériau à l'échelle nanométrique peut être très difficile à réaliser - mais que se passerait-il si nous avions de petites particules, qui s'assemblent tout seuls, créer la structure requise? A l'Université de Technologie de Vienne (TU Wien), le phénomène d'auto-assemblage est étudié par l'étude de particules chargées de manière inhomogène. En fonction de différents paramètres, ils peuvent former des structures de type gel ou cristal. Ce type d'auto-assemblage est très prometteur pour la nanotechnologie.

Microparticules avec des surfaces spécialement structurées

Emanuela Bianchi est scientifique dans le groupe de recherche du professeur Gerhard Kahls à l'Institut de physique théorique de l'Université de technologie de Vienne. Dans ses simulations informatiques, elle reproduit le comportement de particules qui ne dépassent pas quelques micromètres, comparables à des virus ou de petites bactéries. Elle s'intéresse particulièrement aux nanoparticules à surface compliquée, composé de différents types de patchs se distinguant par différentes propriétés physiques.

Des travaux récents (financés via une bourse Elise Richter par la FWF) se sont concentrés sur les particules avec des régions de surface chargées de manière inhomogène :la majorité de la particule porte une charge électrique négative, mais les régions polaires en haut et en bas de la particule sont chargées positivement. "En raison du fait que les charges similaires se repoussent tandis que les charges opposées s'attirent, " dit Emanuela Bianchi, "nos particules ont tendance à s'aligner de telle manière que le pôle d'une particule pointe vers l'équateur de l'autre." Mais lorsque plusieurs de ces particules interagissent, les choses se compliquent.

Des simulations informatiques ont maintenant permis de montrer comment ces particules se comportent lorsqu'elles sont piégées entre deux plans de sorte qu'elles doivent s'aligner dans des structures quasi bidimensionnelles. Les résultats ont montré qu'il existe différentes configurations possibles :Parfois, les particules sont étroitement entassées dans une structure hexagonale simple, ce qui est bien connu des cristaux. Parfois, des structures de type gel moins ordonnées émergent, avec des anneaux interconnectés de cinq ou six particules.

"Avec notre modèle, nous pouvons découvrir quels paramètres déterminent la structure émergente, " dit Emanuela Bianchi. La taille des plaques polaires chargées positivement joue un rôle particulièrement important. Les sphères sur lesquelles la frontière entre la charge négative et positive est à 45 degrés de latitude créent des structures beaucoup plus ordonnées que les particules sur lesquelles cette frontière est plus proche au pôle , à 60 degrés. Le résultat peut également être influencé par le réglage de la charge électrique de la plaque de sol sur laquelle reposent les particules - un paramètre qui est très facile à contrôler dans une expérience. Un tel paramètre contrôle la taille des agrégats et peut même être responsable d'une suppression complète de l'agrégation des particules.

Matériaux avec des propriétés sur mesure

Comprendre l'auto-assemblage des microparticules ouvre la porte à la conception de particules qui forment automatiquement des structures sur mesure. Selon l'alignement microscopique des particules, ils créent des types de surface avec différentes densités et différentes réponses aux stimuli externes (par exemple les champs électromagnétiques). Cela signifie que des structures auto-assemblées pourraient par exemple être utilisées pour créer des filtres à porosité réglable. "Surtout pour les applications biomédicales, cela pourrait avoir de nombreuses applications possibles, " dit Emanuela Bianchi.