La synthèse de matériaux nanométriques s'effectue au sein de laboratoires de haute technologie, où les scientifiques en combinaison intégrale gardent chaque grain de poussière à l'écart de leurs innovations sensibles. Cependant, des scientifiques de l'université de Kiel ont prouvé que ce n'est pas toujours nécessaire. Ils ont réussi à transférer l'expérience du four au laboratoire tout en synthétisant des matériaux à l'échelle nanométrique à l'aide d'une technologie de flamme simple et hautement efficace. Cette "cuisson" de nanostructures a déjà été un grand succès à l'aide d'oxyde de zinc. Les découvertes récentes se concentrent sur l'oxyde d'étain, ce qui ouvre un large champ de nouvelles applications possibles. Les scientifiques des matériaux ont publié leurs dernières données de recherche dans le numéro d'aujourd'hui (vendredi, 5 juin) de la célèbre revue scientifique Advanced Electronic Materials.

Les oxydes métalliques en vrac sont généralement cassants, ce qui limite leurs utilisations souhaitées. Leurs structures unidimensionnelles (1D), telles que les nanostructures en forme de ceinture, présentent beaucoup plus de potentiel d'application en raison de leur rapport surface/volume élevé. Ce rapport induit des propriétés physiques et chimiques extraordinaires, y compris un haut degré de pliabilité. "Toutefois, Les nanostructures 1D sont encore difficiles à utiliser, car les intégrer dans des appareils réels est une tâche difficile. Pour surmonter ce problème, nous avons développé un matériau macroscopique tridimensionnel (3D) à partir de nanostructures de type ceinture d'oxyde d'étain 1D. Les réseaux céramiques résultants présentent la plupart des propriétés à l'échelle nanométrique, y compris la flexibilité. Il peut donc être librement utilisé pour toute application souhaitée. Nous sommes très heureux que notre méthode de synthèse par transport de flamme récemment introduite sur la base d'oxyde de zinc permet désormais la synthèse simple de réseaux 3D interconnectés à partir d'oxyde d'étain", dit le Dr Yogendra Kumar Mishra, chef de groupe du groupe de travail "Nanomatériaux fonctionnels" à l'Université de Kiel, et auteur principal de l'étude.

"La partie fascinante est la structure des nanostructures en forme de ceinture unique produites par cette synthèse sur la base de la structure cristalline de l'oxyde d'étain. Contrairement à la céramique produite avec de l'oxyde de zinc, ce qui conduit à des structures tétrapodes très courtes, l'oxyde d'étain donne longtemps, structures plates. Ils sont comme des fettucine", compare le professeur Rainer Adelung, Président du groupe Nanomatériaux fonctionnels. "Et ces longues nouilles plates poussent ensemble d'une manière très spécifique :dans le four utilisé pour la synthèse, les températures restent juste en dessous du point de fusion de l'oxyde d'étain. Ainsi, les nouilles trouvent des points d'interconnexion spécifiques par cinétique au lieu de thermodynamique. Chaque jonction est forcée dans un angle bien défini suivant des principes géométriques stricts, qui reposent sur des défauts dits de jumelage, comme le confirment en outre les études de simulation", ajoute le professeur Lorenz Kienle, Président du groupe Synthèse et Structure Réelle. La conception structurelle du réseau 3D d'oxyde d'étain, signifiant les nouilles cultivées ensemble, a été étudiée en détail par microscopie électronique à transmission.

« Les réseaux 3D à partir d'oxyde d'étain présentent des caractéristiques intéressantes, comme électriquement conducteur, stable à haute température, architecture très douce et extensible, et pourrait donc être intéressant pour plusieurs applications technologiques", dit le Dr Mishra. Par exemple, un dispositif de détection électronique portable a déjà été fabriqué. Et, selon Mishra, il démontre un potentiel important pour les applications de détection de lumière UV ou de gaz. "Jusqu'à maintenant, nous avons testé des applications de détection. D'autres applications potentielles pourraient également être des dispositifs électroniques flexibles et extensibles, actionneurs luminescents, piles, chiffons intelligents ou modèles sacrificiels pour la croissance de nouveaux matériaux." Ce travail a été réalisé en coopération avec le professeur Ion Tiginyanu et les membres de son équipe de l'Université technique de Moldavie, Moldavie.

Les trois scientifiques de Kiel savent :« Le développement de tels matériaux de réseau 3D à partir d'oxyde d'étain, avec la géométrie déterminant les défauts réalisés par la synthèse du transport de flamme à l'Université de Kiel est un pas en avant très intéressant vers l'avenir de la croissance et des applications des nanostructures."