TU Vienne (Vienne), La KU Leuven et l'Université de Zürich ont découvert une surface robuste dont les propriétés adhésives et mouillantes peuvent être modifiées à l'aide de l'électricité. Ce résultat remarquable figure sur la couverture de La nature magazine.

Quand la pluie tombe sur une feuille de lotus, la feuille ne se mouille pas. Grâce à sa structure spéciale, les gouttes d'eau roulent sans mouiller la surface. Les matériaux artificiels peuvent être rendus hydrofuges, trop. Il est, cependant, extrêmement difficile de produire une surface avec un mouillage commutable. Maintenant, une équipe de recherche de la TU Wien, La KU Leuven et l'Université de Zürich ont réussi à manipuler une surface d'une seule couche de nitrure de bore de manière à ce qu'elle puisse basculer entre des états avec un mouillage et une adhérence élevés et faibles.

Hexagones faisant des vagues

"L'une des propriétés physiques les plus intéressantes d'une surface est son adhérence ou frottement statique, " déclare Stijn Mertens (Institut de physique appliquée de l'Université de technologie de Vienne, et associé à la KU Leuven en Belgique). "Cette force doit être surmontée pour qu'un objet à la surface commence à glisser."

La nanostructure de la surface détermine en grande partie son adhérence :les détails du contact entre la surface et un autre objet (par exemple, une goutte de liquide) dépendent de la géométrie de ses atomes et d'autres propriétés. Ceci est à son tour crucial pour l'adhérence, frottement et mouillage. La relation entre le frottement et le mouillage, cependant, n'est pour l'instant que mal compris.

"Tout comme le graphène matériel se compose d'une seule couche d'atomes de carbone, notre nitrure de bore - qui contient autant de bore que d'atomes d'azote - a une épaisseur d'une seule couche atomique, " explique Thomas Greber de l'Institut de physique de l'Université de Zürich. Cette couche ultrafine peut être développée sur un monocristal de rhodium. Les atomes à la surface du rhodium et dans le nitrure de bore forment un motif hexagonal, mais les distances entre les atomes dans les deux matériaux sont différentes. Treize atomes dans le nitrure de bore occupent le même espace que douze atomes de rhodium, de sorte que les deux cristaux ne s'emboîtent pas parfaitement. En raison de cette inadéquation, les hexagones de nitrure de bore doivent fléchir, ils apparaissent comme une onde gelée d'une longueur d'onde de 3,2 nanomètres et d'une hauteur d'environ 0,1 nanomètre.

« Précisément, cette nano-onde bidimensionnelle influence le mouillage de la surface par l'eau, " dit Stijn Mertens. En tout cas, la superstructure en nitrure de bore peut être rendue plane avec une astuce simple :en mettant le matériau dans de l'acide et en appliquant une tension électrique, les atomes d'hydrogène se glissent sous la couche de nitrure de bore et modifient la liaison entre l'azote et le rhodium. Cela rend le nitrure de bore plat. Soudain, l'adhérence d'une goutte d'eau à la surface change radicalement - même si la goutte est 100'000 fois plus grosse que les minuscules vagues du nitrure de bore. Si la tension diminue, cet effet est inversé :« On peut basculer la surface encore et encore entre ces deux états, " explique Stijn Mertens.

La machine à mesurer les gouttes

Pour étudier le mouillage de la surface et appliquer la tension en même temps, un instrument a été construit spécialement à cet effet, dans lequel une goutte de liquide est amenée à la surface à travers un tube de verre très fin. La goutte devient de plus en plus grande et en même temps sa forme est enregistrée. Que la forme de la goutte soit plate ou plus arrondie dépend des propriétés de la surface.

Les concepts pour basculer le mouillage d'une surface d'avant en arrière existent depuis un certain temps. Par exemple, des molécules organiques qui changent de forme avec la lumière d'une certaine couleur peuvent être attachées à la surface. Cependant, ces molécules sont beaucoup plus complexes et fragiles que les matériaux étudiés ici. "Notre surface n'est constituée que d'une seule couche d'atomes, est complètement inorganique et ne change pas même si on le chauffe sous vide à 1000 °C, » conviennent Stijn Mertens et Thomas Greber. « Cela signifie que ce matériau pourrait aussi être utilisé pour des applications où les molécules organiques seraient longtemps détruites, allant de la vie quotidienne aux voyages dans l'espace."

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