Une vue agrandie révèle des mésocristaux à l'échelle nanométrique (en médaillon) commençant à s'assembler et à former une structure supracristalline ordonnée, vue en vert. Crédit :Inna Soroka
Une équipe de recherche du KTH Royal Institute of Technology et du Max Planck Institute of Colloids and Interfaces rapporte avoir trouvé la clé de la fabrication contrôlée de mésocristaux d'oxyde de cérium. La recherche est un pas en avant dans le réglage des nanomatériaux qui peuvent servir un large éventail d'utilisations, y compris les cellules solaires, les catalyseurs de carburant et même la médecine.
Les mésocristaux sont des nanoparticules de taille, de forme et d'orientation cristallographique identiques, et ils peuvent être utilisés comme blocs de construction pour créer des nanostructures artificielles avec des propriétés optiques, magnétiques ou électroniques personnalisées. Dans la nature, ces structures tridimensionnelles se retrouvent dans le corail, les oursins et la calcite rose du désert, par exemple. Oxyde de cérium produit artificiellement (CeO2 ) les mésocristaux (ou nanocéries) sont bien connus comme catalyseurs, avec des propriétés antioxydantes qui pourraient être utiles dans le développement pharmaceutique.
"Pour pouvoir fabriquer du CeO2 mésocristaux de manière contrôlée, il faut comprendre le mécanisme de formation de ces matériaux », explique Inna Soroka, chercheuse en chimie physique appliquée au KTH. Elle explique que l'équipe a utilisé la chimie des rayonnements pour révéler pour la première fois le mécanisme de formation des mésocristaux d'oxyde de cérium.
En raison de leur complexité, la formation des mésocristaux ne suit pas le même chemin que les cristaux ordinaires :un processus appelé maturation d'Ostwald, au cours duquel de plus petites particules en solution se dissolvent et se déposent sur des particules plus grosses.
Les chercheurs ont découvert qu'une phase amorphe semblable à un gel forme une matrice dans laquelle les particules primaires, d'environ 3 nm de taille, s'alignent les unes avec les autres, s'auto-assemblant en mésocristaux d'un diamètre de 30 nm.
"Si le mésocristal était une maison, cette phase amorphe joue le rôle du ciment qui relie les briques alignées dans les murs, explique le Dr Soroka.
Ils ont également découvert que les mésocristaux peuvent encore s'auto-organiser et former des supracristaux, visibles à l'œil nu. "Tout comme un architecte peut concevoir non pas une seule maison mais tout un quartier avec des maisons orientées d'une certaine manière pour répondre aux besoins de leurs habitants", dit-elle.
Cette architecture hiérarchique à plusieurs niveaux de supracristaux est un concept intéressant pour la conception future des matériaux, dit-elle. "Les gens sont fascinés par la variété des structures et des formes complexes que l'on trouve dans la nature, comme les oursins et les coraux. Et les scientifiques s'intéressent au fonctionnement des processus de cristallisation. Notre travail contribue à cette compréhension."
La recherche a été publiée dans Angewandte Chemie International Edition . Mésocristaux binaires du kit de nano-construction
