Les matériaux vdW en vrac constituent un axe de recherche important car ils sont maintenus ensemble par de faibles forces vdW au lieu de fortes liaisons covalentes ou métalliques. L'étude est publiée dans Nature Materials .

Auparavant, les matériaux vdW en vrac, tels que le graphite et le nitrure de bore hexagonal, ne pouvaient être synthétisés qu'à des températures très élevées (> 1 000 °C). Dans cette étude, au lieu de fritter directement des particules de graphite ou de nitrure de bore à des températures aussi élevées, les particules ont été exfoliées en nanofeuilles bidimensionnelles (2D) avec une très faible consommation d'énergie. Par la suite, un processus de moulage à 45°C (ou même à température ambiante) a été utilisé pour transformer ces nanofeuilles en matériaux vdW en vrac mécaniquement robustes.

La méthode s’applique à une large gamme de matériaux 2D, notamment le MXène et les dichalcogénures de métaux de transition. Sa faible température de fabrication permet également l'impression de surface et la mise en forme in situ, qui posent problème avec le frittage à haute température en raison du retrait et de l'expansion induits par la chaleur. De plus, les matériaux vdW sans additif facilitent les applications à haute température là où les composites polymères à base de matériaux 2D échouent.

Ce résultat provient principalement de l’interaction vdW, qui confère aux matériaux en vrac fabriqués une résistance mécanique élevée. L’activation de l’interaction vdW ne nécessite pas de températures élevées mais plutôt un contact nanométrique ou sub-nanométrique entre des nanofeuilles adjacentes. La finesse et la flexibilité des nanofeuilles 2D les rendent facilement mobiles et déformables, facilitant ainsi la formation de contacts intimes.

De plus, les chercheurs ont découvert que l’eau adsorbée sur les nanofeuilles constitue un puissant « auxiliaire de frittage » qui lubrifie les nanofeuilles pour assurer un bon alignement. L'eau confinée se désorbe ensuite des nanofeuilles et s'échappe du matériau en raison de l'effet de nano-confinement, qui ferme le capillaire, activant ainsi l'interaction vdW et résultant en un matériau vdW densifié et solide.

"Ce processus simplifie la fabrication et réduit la consommation d'énergie élevée associée à la production de matériaux vdW en vrac, offrant ainsi une évolutivité. Il pourrait également introduire des approches innovantes dans la conception de matériaux vdW, telles que l'hybridation de divers matériaux 2D, en particulier ceux instables à des températures de traitement élevées", a déclaré Professeur Su Yang, chercheur à l'École supérieure internationale de Shenzhen de l'Université Tsinghua (SIAT) et auteur correspondant de l'article.

"Cette étude suggère une révolution dans les méthodes traditionnelles de traitement des matériaux grâce à l'utilisation des nanomatériaux", a déclaré le professeur Cheng Huiming du SIAT.

L'équipe comprend des chercheurs du SIAT de l'Académie chinoise des sciences (CAS), de l'École supérieure internationale de Shenzhen de l'Université Tsinghua, de l'Institut de recherche sur les métaux de CAS et de l'Université des sciences et technologies de Chine de CAS.