Du Terminator au costume de Spiderman, les robots et appareils auto-réparateurs abondent dans les films de science-fiction. En réalité, cependant, l'usure réduit l'efficacité des appareils électroniques jusqu'à ce qu'ils aient besoin d'être remplacés. Qu'est-ce que l'écran fissuré de votre téléphone portable se réparant du jour au lendemain, ou les panneaux solaires fournissant de l'énergie aux satellites réparant en permanence les dégâts causés par les micro-météorites ?

Le domaine des matériaux autoréparables est en pleine expansion, et ce qui était autrefois de la science-fiction pourrait bientôt devenir réalité, grâce aux scientifiques du Technion de l'Israel Institute of Technology qui ont développé des semi-conducteurs nanocristallins respectueux de l'environnement capables de s'auto-réparer. Leurs conclusions, récemment publiées dans Advanced Functional Materials , décrivent le processus, dans lequel un groupe de matériaux appelés doubles pérovskites affiche des propriétés d'auto-guérison après avoir été endommagé par le rayonnement d'un faisceau d'électrons. Les pérovskites, découvertes pour la première fois en 1839, ont récemment attiré l'attention des scientifiques en raison de caractéristiques électro-optiques uniques qui les rendent très efficaces dans la conversion d'énergie, malgré une production peu coûteuse. Un effort particulier a été consacré à l'utilisation de pérovskites à base de plomb dans des cellules solaires à haut rendement.

Le groupe de recherche Technion du professeur Yehonadav Bekenstein de la Faculté des sciences et de l'ingénierie des matériaux et de l'Institut de l'état solide du Technion recherche des alternatives vertes aux pérovskites au plomb toxique et sans plomb. L'équipe est spécialisée dans la synthèse de nanocristaux de nouveaux matériaux. En contrôlant la composition, la forme et la taille des cristaux, ils modifient les propriétés physiques du matériau.

Les nanocristaux sont les plus petites particules de matériau qui restent naturellement stables. Leur taille rend certaines propriétés plus prononcées et permet des approches de recherche qui seraient impossibles sur des cristaux plus gros, comme l'imagerie par microscopie électronique pour voir comment les atomes dans les matériaux se déplacent. C'est en fait la méthode qui a permis la découverte de l'auto-réparation dans les pérovskites sans plomb.

Les nanoparticules de pérovskite ont été produites dans le laboratoire du professeur Bekenstein à l'aide d'un processus court et simple qui consiste à chauffer le matériau à 100 °C pendant quelques minutes. Quand le doctorat. les étudiants Sasha Khalfin et Noam Veber ont examiné les particules à l'aide d'un microscope électronique à transmission, ils ont découvert le phénomène passionnant. Le faisceau d'électrons à haute tension utilisé par ce type de microscope provoquait des défauts et des trous dans les nanocristaux. Les chercheurs ont ensuite pu explorer comment ces trous interagissent avec le matériau qui les entoure et se déplacent et se transforment en son sein.

Ils ont vu que les trous se déplaçaient librement dans le nanocristal, mais évitaient ses bords. Les chercheurs ont développé un code qui a analysé des dizaines de vidéos réalisées à l'aide du microscope électronique pour comprendre la dynamique du mouvement au sein du cristal. Ils ont découvert que des trous se formaient à la surface des nanoparticules, puis se déplaçaient vers des zones énergétiquement stables à l'intérieur. La raison du mouvement des trous vers l'intérieur a été supposée être des molécules organiques recouvrant la surface des nanocristaux. Une fois ces molécules organiques retirées, le groupe a découvert que le cristal éjectait spontanément les trous à la surface et en sortait, revenant à sa structure d'origine, en d'autres termes, la croûte se réparait d'elle-même.

Cette découverte est une étape importante vers la compréhension des processus qui permettent aux nanoparticules de pérovskite de se guérir et ouvre la voie à leur incorporation dans les panneaux solaires et autres appareils électroniques. + Explorer plus loin

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