Minimiser les défauts afin de maximiser la fonctionnalité à l'échelle nanométrique
Les matériaux composites sont constitués de deux ou de plusieurs matières dont les interfaces sont maintenues. Ils constituent la base d'innombrables composants et appareils. Avec l'avènement des nanotechnologies, de telles structures composites peuvent désormais être formées à l'échelle nanométrique, c'est-à-dire de l'ordre de la taille des molécules. La caractérisation des propriétés interfaciales des composites est essentielle pour mettre au point des systèmes intégrant des matériaux nouveaux dotés de fonctionnalités améliorées. Les scientifiques ont lancé le projet EPREXINA («Electron paramagnetic resonance as a probe for extended interfaces in nanomaterials») financé par l'UE afin d'étudier l'utilisation des analyses spectroscopiques. La spectroscopie par résonance paramagnétique électronique (RPE) est utilisée pour étudier les systèmes paramagnétiques dotés d'électrons non appariés en vue de détecter les radicaux libres, les ions de métaux de transition et les défauts des matériaux. Les chercheurs ont choisi de titanate de baryum (BaTiO3), le premier oxyde ferroélectrique qui a été découvert. C'est également le matériau ferromagnétique le plus largement utilisé qui est utilisé dans des applications telles que la mémoire des ordinateurs, les capteurs et les détecteurs infrarouges. À l'aide de la RPE, les chercheurs ont effectué la première analyse détaillée des défauts chargés dans des poudres, des céramiques, des cristaux simples, des composites, des films minces et multicouches à base de BaTiO3. La compilation des données a débouché sur des conclusions, dont bon nombre ont déjà été publiées, sur la nature des défauts chargés et leur emplacement dans les différents matériaux. La RPE a permis de déceler une forte concentration de défauts chargés à la surface des nanopoudres et aux interfaces des matériaux composites, de démontrer l'existence d'un lien direct avec les propriétés diélectriques. Les scientifiques sont parvenus à améliorer de manière significative les propriétés diélectriques et à réduire les pertes diélectriques, en apportant des modifications fondées sur les résultats antérieurs. En fin de compte, les scientifiques ont produit un matériau optimal pour certaines applications, mettant ainsi en lumière l'efficacité de la RPE pour guider la conception des matériaux. L'initiative EPREXINA a mené la première étude détaillée sur l'influence des défauts de surface et d'interface chargée sur les propriétés des nanomatériaux. Cela ouvrira la voie au à la mise au point de nouveaux systèmes de matériaux personnalisés dont les propriétés sont radicalement améliorées par rapport à leurs homologues traditionnels, pour de nombreuses applications. La technique devrait avoir d'importantes répercussions sur les fonctionnalités des appareils à venir.
