Des scientifiques du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ont créé une petite structure réticulaire qui selon eux, est la plus petite du monde. Formée avec des entretoises et des attelles mesurant moins de 10 micromètres de long et moins de 200 nanomètres de diamètre, la structure maillée en 3D a une superficie totale inférieure à 10 micromètres, mais possède une résistance spécifique plus élevée que la plupart des solides.
L’équipe de KIT dit que la structure atteint une force nouvelle en termes de ratios de densité pour les métamatériaux (matières synthétiques qui ont des propriétés qu’on ne trouve pas dans la nature), grâce à des dimensions qui sont 5 fois plus petites que les métamatériaux comparables. Elle est faite de carbone vitreux, qui est une forme de carbone pur possédant aussi bien des propriétés de céramique vitreux et que les propriétés du graphite.
La production de la structure a commencé avec un procédé de lithographie 3D établie, grâce à laquelle la structure est durcie à l’aide d’une photorésistance qui reçoit des lasers contrôlés par ordinateur. Ce procédé est limité à la production d’entretoises allant environ de 5 à 10 micromètres de longueur et 1 micromètre de diamètre, puis l’équipe a vitrifié et encore plus rétréci la structure par pyrolyse, ce que les cherchent assurent être une première pour la fabrication de mailles microstructurées.
La pyrolyse implique l’exposition d’un matériau à des températures élevées en l’absence d’oxygène. Dans ce cas, la structure maillée a été placée dans un four à vide et soumise à des températures d’environ 900 °C, ce qui provoque une réorientation des liaisons chimiques et l’élimination tous les éléments à l’exception du carbone. Cela qui laisse du carbone non ordonné, sous la forme de carbone vitreux, formant la structure en treillis rétrécie.
Dans des essais ultérieurs, les chercheurs ont découvert que la structure avait de remarquables propriétés de stabilité sous pression.
« Selon les résultats, la capacité portante de la structure maillée est très proche de la limite théorique et au-dessus de celle du carbone vitreux non structuré», explique le professeur Oliver Kraft, co-auteur de l’étude. « Le diamant est le seul solide ayant une plus grande stabilité spécifique. »
L’équipe estime que ces microstructures maillées pourraient trouver des applications comme des électrodes, des filtres dans l’industrie chimique, ou des composants optiques dans les télécommunications.
Le premier auteur de l’étude était le Dr.-Ing. Jens Bauer, qui a également été impliqué dans des travaux antérieurs au KIT dans lequel un cadre microstructuré a été produit qui était moins dense que l’eau, mais aussi solide que l’acier.
http://www.kit.edu/kit/english/pi_2016_015_nature-materials-smallest-lattice-structure-worldwide.php
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4561.html
