L'huile et l'eau ne peuvent pas se mélanger, mais l'ajout des bonnes nanoparticules à la recette peut convertir ces deux fluides non miscibles en un gel exotique avec des utilisations allant des piles aux filtres à eau en passant par les vitres intelligentes à changement de teinte. Une nouvelle approche pour créer cette classe inhabituelle de matériaux souples pourrait les faire sortir du laboratoire et les faire entrer sur le marché.

Des scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST) et de l'Université du Delaware ont trouvé ce qui semble être une meilleure façon de créer ces gels, qui ont été un domaine de recherche intense pendant plus d'une décennie. Une partie de leur utilité potentiellement large est l'ensemble complexe de canaux microscopiques interconnectés qui se forment en leur sein, créant une structure semblable à une éponge. Ces canaux offrent non seulement des passages pour d'autres matériaux à traverser, les rendant utiles pour la filtration, mais aussi donner au gel une grande surface interne, une caractéristique précieuse pour accélérer les réactions chimiques ou comme échafaudage sur lequel les tissus vivants peuvent se développer.

Bien que ces avantages et d'autres donnent l'impression que les innovateurs en matière de gel ont trouvé du pétrole, leurs créations ne se sont pas encore bien mélangées avec le marché. Les gels sont communément formés de deux solvants liquides mélangés. Comme pour l'huile et l'eau, ces solvants ne se mélangent pas bien, mais pour les empêcher de se séparer complètement, les chercheurs ajoutent des nanoparticules conçues sur mesure qui peuvent rester à l'interface entre elles. Une cuisson soignée de ces ingrédients permet la formation d'un gel cohésif. Cependant, le processus est exigeant car la conception de nanoparticules sur mesure pour chaque application a été difficile, et la formation des gels a nécessité un changement rapide de température soigneusement contrôlé. Ces contraintes ont rendu difficile la création de ce type de gel en plus que de petites quantités adaptées à des expériences de laboratoire plutôt qu'à une échelle industrielle.

Comme décrit dans un nouveau Communication Nature papier, l'équipe du NIST/Delaware a trouvé des moyens d'éviter bon nombre de ces problèmes. Son approche novatrice forme ce que les chercheurs appellent un « SeedGel, " une abréviation pour " gel de ségrégation de solvants ". Au lieu de concevoir des nanoparticules pour rester à l'interface entre les deux solvants, leurs particules choisies se concentrent dans l'une d'elles. Alors que ces particules ont tendance à se repousser, l'affinité des particules envers l'un des solvants est plus forte et les maintient ensemble dans le canal. En utilisant des outils de diffusion de neutrons au NIST Center for Neutron Research (NCNR), l'équipe a prouvé sans ambiguïté qu'elle avait réussi à concentrer les nanoparticules là où elle le voulait.

Le gel résultant pourrait être beaucoup plus facile à créer, comme ses deux solvants sont essentiellement l'huile et l'eau, et ses nanoparticules sont du dioxyde de silicium, essentiellement de minuscules sphères de quartz commun. Il pourrait également avoir une variété d'utilisations industrielles.

"Notre SeedGel a une grande résistance mécanique, c'est beaucoup plus simple à faire, et le processus est évolutif en fonction de ce dont les fabricants auraient besoin, " dit Yun Liu, qui est à la fois un scientifique du NCNR et un professeur titulaire affilié à l'Université du Delaware. "En plus, il est thermo-réversible."

Cette réversibilité fait référence à une propriété optique que possède le SeedGel fini :il peut passer de transparent à opaque et inversement, juste en changeant sa température. Cette propriété pourrait être exploitée dans les fenêtres intelligentes qui prennent en sandwich une fine couche de gel entre deux vitres.

"Cette propriété optique pourrait également rendre le SeedGel utile dans d'autres applications photosensibles, " a déclaré Yuyin Xi, un chercheur de l'Université du Delaware travaillant également au NCNR. "Ils pourraient être utiles dans les capteurs."

Étant donné que l'approche de création de gel de l'équipe pourrait être utilisée avec d'autres combinaisons de solvants et de nanoparticules, il pourrait devenir utile dans les filtres pour la purification de l'eau et éventuellement d'autres procédés de filtration selon le type de nanoparticules utilisées.

Liu a également déclaré que l'approche de création permet d'ajuster la taille des canaux dans le gel en modifiant la vitesse à laquelle la température change pendant le processus de formation, offrant aux concepteurs d'applications un autre degré de liberté à explorer.

"La nôtre est une approche générique fonctionnant pour de nombreuses nanoparticules et solvants différents, " at-il dit. " Il étend considérablement les applications de ces sortes de gels. "

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.