Ce graphique montre le matériau dans son état gélifié (à gauche) et son état non gélifié (à droite). Lorsque le matériau est chauffé (à droite), les liaisons chimiques entre les nanocristaux se rompent et le gel se décompose. Lorsque le matériau est refroidi (à gauche), des liaisons chimiques se forment entre les nanocristaux et ils s'organisent en réseau (le gel). La liaison moléculaire (en haut) qui contrôle la gélification en fonction de la température est appréhendée à l'aide de simulations de superordinateurs (en bas). Crédit :Kang, Valenzuela, et al./UT Austin
De nouvelles applications dans les domaines de l'énergie, de la défense et des télécommunications pourraient recevoir un coup de pouce après qu'une équipe de l'Université du Texas à Austin ait créé un nouveau type de "gel de nanocristaux" - un gel composé de minuscules nanocristaux chacun 10 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain qui sont reliés entre eux dans un réseau organisé.
L'essentiel de la découverte de l'équipe est que ce nouveau matériau est facilement réglable. C'est-à-dire qu'il peut être commuté entre deux états différents en modifiant la température. Cela signifie que le matériau peut fonctionner comme un filtre optique, absorbant différentes fréquences de lumière selon qu'il est à l'état gélifié ou non. Ainsi, il pourrait être utilisé, par exemple, à l'extérieur des bâtiments pour contrôler dynamiquement le chauffage ou le refroidissement. Ce type de filtre optique a également des applications pour la défense, notamment pour le camouflage thermique.
Les gels peuvent être personnalisés pour ces applications de grande envergure, car les nanocristaux et les lieurs moléculaires qui les relient en réseaux sont des composants de conception. Les nanocristaux peuvent être chimiquement réglés pour être utiles pour acheminer les communications via des réseaux de fibres optiques ou pour maintenir la température des engins spatiaux stable sur des corps planétaires éloignés. Les linkers peuvent être conçus pour faire basculer les gels en fonction de la température ambiante ou de la détection de toxines environnementales.
"Vous pouvez modifier la signature thermique apparente d'un objet en modifiant les propriétés infrarouges de sa peau", a déclaré Delia Milliron, professeur et président du département McKetta de génie chimique à la Cockrell School of Engineering. "Cela pourrait également être utile pour les télécommunications qui utilisent toutes des longueurs d'onde infrarouges."
La nouvelle recherche est publiée dans le récent numéro de la revue Science Advances .
L'équipe, dirigée par les étudiants diplômés Jiho Kang et Stephanie Valenzuela, a effectué ce travail par l'intermédiaire du Centre de dynamique et de contrôle des matériaux de l'université, un centre de recherche et d'ingénierie sur les matériaux de la Fondation nationale des sciences qui rassemble des ingénieurs et des scientifiques de tout le campus pour collaborer sur les matériaux. recherche scientifique.
Les expériences de laboratoire ont permis à l'équipe de voir le matériau changer entre ses deux états de gel et de non-gel (c'est-à-dire des nanocristaux flottant librement en suspension dans un liquide) déclenchés par des changements de température spécifiques.
Les simulations de supercalculateurs effectuées au Texas Advanced Computing Center de l'UT les ont aidés à comprendre ce qui se passait dans le gel au niveau microscopique lorsque la chaleur était appliquée. Basées sur des théories de la chimie et de la physique, les simulations ont révélé les types de liaisons chimiques qui maintiennent les nanocristaux ensemble dans un réseau, et comment ces liaisons se rompent lorsqu'elles sont touchées par la chaleur, provoquant la décomposition du gel.
Il s'agit du deuxième gel nanocristallin unique créé par cette équipe, et ils continuent de poursuivre des avancées dans ce domaine. Kang travaille actuellement à la création d'un gel nanocristallin qui peut changer entre quatre états, ce qui le rend encore plus polyvalent et utile. Ce gel serait un mélange de deux types différents de nanocristaux, chacun capable de basculer entre les états en réponse à des signaux chimiques ou à des changements de température. De tels gels de nanocristaux accordables sont appelés matériaux "programmables". Les scientifiques synthétisent des nanocristaux de pérovskite à base d'hafnium et ordonnés par la méthode d'injection à chaud
