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Assembler un cristal colloïdal, avec un plus

La science peut synthétiser des nanoparticules avec une grande variété de tailles, de formes et de propriétés. Pour les transformer en cristaux colloïdaux ou en verres photoniques, dotés de certaines propriétés optiques et électroniques, il faut les organiser en assemblages ordonnés.
Assembler un cristal colloïdal, avec un plus
Le projet COSAAC (Computational study of assisted assembly of colloids) a été financé par l'UE pour étudier la possibilité de soutenir la formation de ces structures ordonnées. Les scientifiques ont testé l'usage de champs électriques et la modification des conditions thermodynamiques de l'assemblage des nanoparticules.

Les scientifiques ont entre autres exploré l'assemblage de cristaux colloïdaux à partir de germes de la structure visée. Ils ont ainsi orienté la formation de glace, et pu mesurer le taux de nucléation à des températures de -35 à -40 degrés Celsius.

Les chercheurs de COSAAC ont associé les données des expériences avec les résultats de simulations, afin de prévoir le taux de nucléation dans une plus large gamme de températures. Leurs prévisions apportent des données utiles aux modèles d'évolution du climat qui reproduisent la formation de glace dans les nuages troposphériques.

Les scientifiques ont aussi étudié l'usage de pinces optiques pour confiner les particules et faciliter la formation des zones cristallines. Ils ont simulé par ordinateur la croissance de la nucléation, estimant d'une manière efficace et exacte l'énergie à l'interface entre le fluide et le cristal.

En facilitant la formation de cristaux avec ses techniques, le projet COSAAC a éclairci les causes physiques du ralentissement de la nucléation de la glace sous l'effet de la pression. Cet effet, qui permet de conserver des prélèvements biologiques, peut être renforcé par la pression et des champs électriques.

Enfin, les chercheurs ont étudié l'assemblage de structures désordonnées en changeant les conditions thermodynamiques de leur formation. Les travaux ont porté sur des verres colloïdaux, constitués de particules sphériques. Un changement rapide de la pression s'est avéré suffisant pour modifier la résistance du verre à la cristallisation.

La cristallisation (dévitrification) modifie les propriétés mécaniques des verres et doit donc être évitée. Pour cela, les scientifiques ont défini des protocoles spéciaux de compression durant la formation. La compréhension de la dévitrification a été la première étape vers ce but.

La méthode d'assemblage assistée mise au point par le projet, contrairement à l'auto-assemblage de structures cristallines, pourrait servir à la fabrication ascendante de matériaux fonctionnels bénéficiant d'une large gamme d'applications. Les nombreux résultats importants de COSAAC ont été décrits dans 15 articles publiés dans des revues internationales à comité de lecture.

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Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

Cristal colloïdal, verre photonique, COSAAC, auto-assemblage, assemblage assisté