Agit Comme Un Plastique, Mais Conduit Comme Um Métal
Des chercheurs de l’Université de Chicago ont trouvé un moyen de produire un matériau qui ressemble au plastique, mais qui conduit l’électricité plus comme un métal.
Comme un métal?
La recherche, publiée le 26 octobre dans Nature, montre comment produire une sorte de matériau dans lequel les fragments moléculaires sont mélangés et désordonnés, mais peuvent toujours conduire l’électricité de manière exceptionnelle.
Cela enfreint toutes les règles que nous connaissons concernant la conductivité. Pour un chercheur, c’est comme voir une voiture rouler sur l’eau à 70 milles à l’heure. La découverte pourrait également être bénéfique; si vous voulez inventer quelque chose d’innovant, le processus commence souvent par la découverte d’un matériau entièrement nouveau.
“En principe, cela ouvre la conception d’une toute nouvelle classe de matériaux conducteurs d’électricité, très faciles à façonner et extrêmement robustes dans les conditions quotidiennes”, a déclaré John Anderson, professeur agrégé de chimie à l’Université de Chicago, et l’auteur principal de l’étude. “Essentiellement, il propose de nouvelles possibilités pour un groupe technologique de matériaux extrêmement crucial”, a déclaré Jiaze Xie (Ph.D. 22, actuellement à Princeton), le premier auteur de l’article.
“Il n’y a pas de théorie solide pour expliquer cela”
Les matériaux conducteurs sont importants si vous êtes en train de fabriquer tout type d’appareil électronique, qu’il s’agisse d’un iPhone, d’un panneau solaire ou d’un téléviseur. Sans aucun doute, la plus ancienne et la plus grande équipe de conducteurs est celle des métaux: cuivre, or et aluminium. Puis, il y a environ 50 ans, les chercheurs ont pu créer des conducteurs construits à partir de matériaux organiques en utilisant un traitement chimique appelé “dopage”, qui saupoudre différents atomes ou électrons à travers le matériau. Ceci est favorable car ces matériaux sont plus flexibles et plus faciles à traiter que les métaux conventionnels. Cependant, le problème est qu’ils doivent être plus stables; ils peuvent perdre leur conductivité s’ils sont soumis à l’humidité ou si la température devient trop élevée.
Fondamentalement, ces deux conducteurs métalliques organiques et conventionnels partagent un trait typique. Ils sont composés de rangées droites et serrées d’atomes ou de molécules. Cela signifie que les électrons peuvent facilement circuler à travers le matériau, comme les voitures sur une autoroute. Les scientifiques pensaient qu’un matériau devait avoir ces rangées droites et ordonnées pour conduire efficacement l’électricité.
Xie a commencé à expérimenter certains matériaux découverts des années plus tôt, mais largement négligés. Il a enfilé des atomes de nickel comme des perles dans une chaîne de perles moléculaires faites de carbone et de soufre, et a commencé les tests.
Au grand étonnement des chercheurs, le matériau conduisait facilement et fortement l’électricité. Qui plus est, il était extrêmement stable. “Nous l’avons chauffé, refroidi, exposé à l’air et à l’humidité, et même fait couler de l’acide et de la base dessus, et absolument rien ne s’est passé”, a déclaré Xie. C’est extrêmement utile pour un appareil qui doit fonctionner dans la vraie vie.
Cependant, pour les chercheurs, le plus frappant était que la structure moléculaire du matériau était désordonnée. “D’un point de vue fondamental, cela n’a pas besoin d’être capable d’être un métal”, a déclaré Anderson. “Il n’y a pas de théorie solide pour expliquer cela.”
Nouvelles propriétés des matériaux
Xie, Anderson et leur laboratoire ont collaboré avec d’autres chercheurs universitaires pour comprendre comment le matériau peut conduire l’électricité. Suite à des tests, des simulations et des travaux théoriques, ils pensent que la matière forme des couches, comme des feuilles dans une lasagne. Même si les feuilles tournent latéralement, ne formant plus une pile de lasagnes soignée, les électrons peuvent toujours se déplacer horizontalement ou verticalement – tant que les morceaux se touchent.
Le résultat final est sans précédent pour un matériau conducteur. “C’est presque comme du Play-Doh conducteur – vous pouvez le mouler en place, et il conduit l’électricité”, a déclaré Anderson.
Les chercheurs sont ravis, car la découverte suggère un principe de conception fondamentalement nouveau pour la technologie électronique. Ils ont expliqué que les conducteurs sont si essentiels que pratiquement tout nouveau développement ouvre de nouvelles voies pour la technologie.
Parmi les caractéristiques attrayantes du matériau, figurent de nouvelles options de traitement. Par exemple, les métaux doivent généralement être fondus pour obtenir la forme correcte d’une puce ou d’un appareil, ce qui limite ce que vous pouvez produire avec eux, car d’autres composants de l’appareil doivent supporter la chaleur nécessaire pour traiter ces matériaux.
Le nouveau matériau n’a pas une telle restriction puisqu’il peut être fabriqué à température ambiante. Il peut également être utilisé lorsque la nécessité pour un appareil ou des pièces d’appareil de supporter la chaleur, l’acide, l’alcalinité ou l’humidité a auparavant limité les options des ingénieurs pour développer une nouvelle technologie.
Le groupe explore également les différentes formes et fonctions que peut avoir le matériau. “Nous pensons que nous pouvons le rendre 2D ou 3D, le rendre poreux, ou même introduire d’autres fonctions en incluant différents lieurs ou nœuds”, a déclaré Xie.
Lire l’article original sur Science Daily.
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