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Un nanomatériau isolant


13 décembre 2021
Par GC Staff
(Image credit: PPPL)

Des chercheurs du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) scientifiques ont identifié une voie chimique vers un nanomatériau isolant innovant qui pourrait conduire à une production industrielle à grande échelle pour diverses utilisations, notamment dans les combinaisons spatiales et les véhicules militaires.

Le nanomatériau – des milliers de fois plus fin qu’un cheveu humain, plus résistant que l’acier et incombustible – pourrait bloquer les radiations auxquelles sont soumis les astronautes et aider à renforcer le blindage des véhicules militaires, par exemple.

Cette percée rassemble la physique des plasmas et la chimie quantique, et s’inscrit dans le cadre de l’expansion de la recherche au PPPL. « Il s’agit d’un travail pionnier qui amène le Laboratoire dans de nouvelles directions », a déclaré Igor Kaganovich, physicien du PPPL, chercheur principal du projet.

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« La beauté de ce travail, a ajouté ce dernier, est que puisque nous avions des experts en mécanique des plasmas et des fluides et en chimie quantique, nous pouvions passer par tous ces processus ensemble dans un groupe interdisciplinaire ».

Les chercheurs ont identifié les étapes clés de la voie chimique comme la formation d’azote moléculaire et de petits amas de bore, qui peuvent réagir chimiquement ensemble lorsque la température créée par un jet de plasma se refroidit.

Le processus de synthèse de ces nanotubes de nitrure de bore commence lorsque les chercheurs utilisent un jet de plasma à 10 000 degrés pour transformer le bore et l’azote gazeux en plasma composé d’électrons libres et de noyaux atomiques, ou ions, noyés dans un gaz.

Les résultats obtenus ont permis de résoudre le mystère de la façon dont l’azote moléculaire, qui a la deuxième liaison chimique la plus forte parmi les molécules diatomiques ou à double atome, peut néanmoins se séparer par des réactions avec le bore pour former diverses molécules de nitrure de bore.

Le processus de synthèse de ces nanotubes de nitrure de bore commence lorsque les chercheurs utilisent un jet de plasma à 10 000 degrés pour transformer le bore et l’azote gazeux en plasma composé d’électrons libres et de noyaux atomiques, ou ions, noyés dans un gaz.

« Nous avons passé un temps considérable à réfléchir à la manière d’obtenir des composés de bore – nitrure à partir d’un mélange de bore et d’azote », a affirmé Igor Kaganovich.

Ce que nous avons découvert, c’est que de petits amas de bore, par opposition à des gouttelettes de bore beaucoup plus grosses, interagissent facilement avec les molécules d’azote. C’est pourquoi nous avions besoin d’un chimiste quantique pour effectuer avec nous les calculs détaillés de la chimie quantique.
https://www.pppl.gov/