Une mémoire en Or

Des scientifiques allemands et du Technion ont démontré pour la 1ère fois la « mémoire des forme » des particules d’or.

Des chercheurs allemands et du Technion ont démontré pour la 1ère fois que les microparticules d’or ont la « mémoire des formes ». Cette découverte pourrait mener au développement de micro et de nano-robots capables de se réparer eux-mêmes, de composants et dispositifs mécaniquement stables et résistants;  ou encore de contribuer à  la livraison ciblée de médicaments.

L'étude publiée dans  Advanced Science , a été menée par l'étudiant doctorant Oleg Kovalenko et le Docteur Leonid Klinger, et dirigé par le Professeur Eugen Rabkin du Département des Sciences et Génie des Matériaux des Matériaux du Technion, ainsi que Docteur Christian Brandl de KIT (Karlsruhe Institute of Technology , Allemagne).

Les matériaux avec une mémoire des formes, sont caractérisés par leur capacité à réparer les dommages qui  leur sont infligés (comme par exemple dans le cas de la déformation plastique), avant de recouvrir leur forme originelle.

Ces matériaux existent sous deux phases cristallines: la phase primaire de l’austénite qui est la plus stable et symétrique sous hautes températures, et la phase martensite,  qui se caractérise par une symétrie inférieure et une force supérieure. Un exemple de transition  d’une de ces phases à l’autre est celui du trempage d’acier.

Le passage de la phase d’austénite à la  phase de  martensite peut être activé en appliquant une charge mécanique sur le matériau ou en le refroidissant. La structure de faible symétrie de la martensite permet au matériau d'absorber des déformations plastiques considérables, en réorientant les cristaux de martensite déformés, et ce en fonction de la direction de la pression appliquée.

Même après la déformation plastique, les cristaux de martensite "se souviennent" de leur phase primaire  d'austénite et sont capables de  restaurer leur configuration d'origine.   Un tel phénomène se produit lorsque que le matériau est chauffé, l'énergie thermique se transforme  alors en énergie mécanique  et restaure la forme originelle du matériau.

 Jusqu’à présent cette mémoire des formes n’a été observé que chez très peu de métaux, tel que le Nitinol (Ni-Ti). Ces alliages sont caractérisés par leur  polymorphisme, c’est dire par la multiplicité des phases cristallines stables, par lesquelles ils peuvent passer. C'est la première fois que le phénomène de la mémoire des formes a été démontré  pour des particules sous-micrométriques d'or. 

 Les chercheurs ont indenté les particules d'or avec une pointe de diamant, contrôlé par un microscope à force atomique (AFM). Lorsque le recuit des particules indentées atteint une température de 600 ° C (environ 65% de la température de fusion absolue de l'or), l’ensemble des dégâts sont réparés et les particules récupèrent la forme antérieure à leur dégradation.

 Selon le Professeur Rabkin, la découverte de la mémoire de formes dans ces particules est surprenante pour deux raisons: «D'abord, la forme originale des particules n'était pas parfaite en termes d'énergie et d'équilibre thermodynamique. Deuxièmement, l'or à l'état solide n'est pas caractérisé par un polymorphisme ».

Pour comprendre le processus en jeu, les chercheurs ont étudié les mouvements d’atomes au cours du processus  de  l’indentation et du chauffage, grâce à des simulations de dynamique moléculaire. Ils ont démontrés que la déformation du plastique qui a lieu au cours du processus d’indentation, est médiée par le phénomène de  nucléation, et le glissement des dislocations (les dislocations sont des défauts linéaires et unidimensionnels du cristal qui en se déplaçant, propagent la déformation plastique).

Les boucles qui émergent à la surface  forment des rebords sur les facettes plates de la particule, et servent de «rails de guidage» pour diriger la propagation des atomes d'or, lors de l’indentation. Ainsi, la particule récupère sa forme originelle.

La déformation plastique est un exemple classique de processus thermodynamiquement irréversibles. Il est remarquable qu'une combinaison de deux processus irréversibles puisse entraîner la réparation des dégâts causés sur le matériau et restaurer de manière réversible de la forme de la particule. Pour comprendre à quel point ce processus est surprenant, il suffit d’imaginer le contenu d’un café répandu sur le sol  retrouver le chemin de sa tasse et reprendre sa forme originelle, après que la tasse soit tombée. 

Le professeur Rabkin a déclaré que cette découverte pourrait être utilisée pour la conception de composants et de dispositifs mécaniquement stables et tolérants aux dommages nanométriques. Par exemple, l'une des principales raisons des pannes des appareils électroniques mobiles (sur les tablettes et les Smartphones) est l'usure mécanique causée par les contacts électriques. 

 Utiliser la mémoire des formes pourrait résoudre une fois pour toutes ce problème : la création de chaleur émise par le courant électrique sur la zone de contact serait utilisée pour réparer les dommages mécaniques du contact.

Une autre utilisation possible de cette découverte  est la livraison ciblée de médicaments sur des zones spécifiques du corps du patient. 

 

Source : Technion

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