Des expériences avec des instruments de diffusion de pointe révèlent une absence de motifs spécifiques dans les rayons X diffusés par les matériaux nanocomposites. À l'aide de techniques de simulation avancées, une nouvelle étude suggère que les interactions attractives entre des nanoparticules de formes et de tailles diverses sont très probablement responsables de ce comportement.
La diffusion aux petits angles des rayons X et des neutrons est un outil utile pour étudier les structures moléculaires et nanoparticulaires. Jusqu'à présent, cependant, les expériences ont révélé un manque surprenant de structure de nanoparticules dans certains matériaux nanocomposites, dont les squelettes moléculaires sont renforcés par des nanoparticules préalablement traitées par adsorption de polymère.
Dans une nouvelle approche détaillée dans EPJ E , Anne-Caroline Genix et Julian Oberdisse de l'Université de Montpellier, France, montrent que ces motifs ne peuvent être produits que grâce à des interactions attractives entre des nanoparticules présentant un large éventail de formes et de tailles.
Les résultats du duo mettent en évidence l'amélioration rapide des capacités des instruments de diffusion aux petits angles et pourraient également aider les chercheurs à améliorer leurs techniques d'étude des nanocomposites, avec des applications dans des domaines tels que l'électronique miniaturisée, l'ingénierie des tissus biologiques et les matériaux solides et légers pour les avions. P>
Lorsque des faisceaux de rayons X ou de neutrons interagissent avec des atomes dans des échantillons de matériaux, le transfert d'impulsion qui en résulte les fait se disperser selon des motifs caractéristiques, qui varient en fonction de la structure moléculaire de l'échantillon. Ces dernières années, les instruments permettant de mesurer cette diffusion se sont rapidement améliorés, offrant une acquisition de données plus rapide, ainsi que des mesures plus précises et plus étendues des changements de vitesse et de direction des particules.
Dans leurs recherches récentes, Genix et Oberdisse ont utilisé cette technique pour étudier les structures de nanocomposites concentrés à base de polymères. Il est bien connu qu'à des concentrations élevées de nanoparticules, les interactions entre les particules modifient le motif de diffusion.
Pourtant, de manière surprenante, dans leurs expériences, le duo a découvert que cela ne semblait pas se produire :les modèles de diffusion des rayons X qu'ils ont observés semblaient plutôt indiquer des nanoparticules individuelles. Pour expliquer ce résultat, les chercheurs ont effectué des simulations numériques pour relier les positions des nanoparticules dans l'espace aux modèles de diffusion qu'ils ont observés.
Ils ont découvert que pour des concentrations élevées de nanoparticules, des interactions attractives entre des nanoparticules de formes et de tailles diverses produisent un état presque « sans structure » dans le nanocomposite, ce qui explique le manque de caractéristiques spécifiques dans leurs observations. Cette découverte offre des informations importantes sur les propriétés moléculaires des nanocomposites et sur la manière dont ils pourraient être conçus pour optimiser leurs propriétés uniques.
Plus d'informations : Anne-Caroline Genix et al, Sur l'absence de facteurs de structure dans les suspensions colloïdales concentrées et les nanocomposites, The European Physical Journal E (2023). DOI :10.1140/epje/s10189-023-00306-6
Informations sur le journal : Journal physique européen E
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