Chaque époque de l'histoire de la civilisation humaine a un matériau de signature, de l'âge de pierre, aux âges du bronze et du fer. Nous pourrions même appeler la société d'aujourd'hui axée sur l'information l'âge du silicium.

Depuis les années 1960, nanostructures de silicium, les éléments constitutifs des puces électroniques, ont accéléré le développement de l'électronique, communication, fabrication, Médicament, et plus.

Quelle est la taille de ces nanostructures ? Très, très petit - vous pouvez en mettre au moins 3, 000 transistors au silicium sur la pointe d'un cheveu humain. Mais il y a une limite :en dessous d'environ 5 nanomètres (5 millionièmes de millimètre), il est difficile d'améliorer davantage les performances des dispositifs en silicium.

Donc, si nous sommes sur le point d'épuiser le potentiel des nanomatériaux de silicium, quel sera notre prochain matériau signature ? C'est là qu'interviennent les "atomatériaux".

Que sont les atomatériaux ?

"Atomaterials" est l'abréviation de "matières atomiques, " ainsi appelée parce que leurs propriétés dépendent de la configuration précise de leurs atomes. C'est un domaine nouveau mais en plein développement.

Un exemple est le graphène, qui est composé d'atomes de carbone. Contrairement au diamant, dans laquelle les atomes de carbone forment une structure tridimensionnelle rigide, le graphène est constitué d'une seule couche d'atomes de carbone, liés ensemble dans un réseau en nid d'abeilles bidimensionnel.

La structure rigide du diamant est la raison de sa célèbre dureté et longévité, ce qui en fait le matériau parfait pour les forets haut de gamme et les bijoux coûteux. En revanche, la forme bidimensionnelle des atomes de carbone dans le graphène permet aux électrons de se déplacer sans friction à grande vitesse, ce qui donne une conductivité ultra-élevée et une résistance mécanique exceptionnelle dans le plan. Ainsi, le graphène a de larges applications dans les médicaments, électronique, stockage d'Energie, traitement léger, et filtration de l'eau.

À l'aide de lasers, nous pouvons façonner ces structures atomiques en dispositifs miniaturisés aux performances exceptionnelles.

Utilisation d'atomatériaux, notre laboratoire a travaillé sur une série d'innovations, à divers stades de développement. Ils comprennent:

• Un film de refroidissement magique . Ce film peut refroidir l'environnement jusqu'à 10℃ sans utiliser d'électricité. En intégrant un tel film dans un bâtiment, l'électricité utilisée pour la climatisation peut être réduite de 35%, et les pannes d'électricité estivales ont été effectivement stoppées. Cela permettra non seulement d'économiser sur les factures d'électricité, mais aussi de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
• Film absorbant la chaleur . Quelque 97 % de l'eau de la Terre se trouve dans les océans, et est salé et inutilisable sans traitement coûteux. L'élimination efficace du sel de l'eau de mer pourrait être une solution à long terme à la pénurie mondiale croissante d'eau douce. Avec un film de graphène à énergie solaire, ce processus peut être rendu très efficace.

Le film absorbe presque toute la lumière du soleil qui l'éclaire et la convertit en chaleur. La température peut être augmentée à 160℃ en 30 secondes. Cette chaleur peut alors distiller l'eau de mer avec un rendement supérieur à 95%, et l'eau distillée est plus propre que l'eau du robinet. Cette technologie à faible coût peut convenir aux applications domestiques et industrielles.

• Film de détection intelligent . Ces films d'atomatériaux flexibles peuvent incorporer un large éventail de fonctions, notamment la détection de l'environnement, la communication, et le stockage d'énergie. Ils ont une large gamme d'applications dans les soins de santé, des sports, fabrication avancée, agriculture, et d'autres. Par exemple, des films intelligents pourraient surveiller l'humidité du sol près des racines des plantes, contribuant ainsi à rendre l'agriculture plus économe en eau.
• Très mince, verres ultra légers . La partie la plus volumineuse d'un appareil photo pour téléphone portable est l'objectif, car il doit être en verre épais avec des propriétés optiques particulières. Mais les lentilles fabriquées avec du graphène peuvent avoir à peine des millionièmes de millimètre d'épaisseur, tout en offrant une superbe qualité d'image. De telles lentilles pourraient réduire considérablement le poids et le coût de tout, des téléphones aux satellites spatiaux.
• Alimentation quasi instantanée . Nous avons développé un supercondensateur respectueux de l'environnement à partir de graphène qui charge les appareils en quelques secondes, et a une durée de vie de millions de cycles de charge. En le fixant à l'arrière d'une cellule solaire, il peut stocker et fournir de l'énergie solaire à tout moment et en tout lieu. Vous serez libre et vraiment mobile.

Où ensuite ?

Certaines de ces technologies de laboratoire peuvent mettre des années à se concrétiser. Pour essayer d'accélérer le processus, nous avons créé le CTAM Global OpenLab pour dialoguer avec l'industrie, universitaire, gouvernement et la communauté au sens large et de promouvoir le partage et la collaboration. Le laboratoire a été lancé plus tôt ce mois-ci lors de la Conférence internationale sur les sciences et applications des nanomatériaux et des atomatériaux (ICNASA2020).

Le monde est confronté à des défis urgents, du changement climatique, à la rareté de l'énergie et des ressources, à notre santé et à notre bien-être.

L'innovation matérielle est plus que jamais vitale et doit être plus efficace, axé sur le design et respectueux de l'environnement. But these challenges can only be solved by joint effort from worldwide researchers, enterprise, industry and government with a sharing and open mindset.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.