Des scientifiques créent des nanoparticules à partir de verres d'aluminium

Ils ont mis au point un moyen rapide et bon marché permettant d'obtenir des nanoparticules à partir de verres d'aluminium. L'article des chercheurs, sous la direction du professeur Dmitri Louzguine, a été publié dans le magazine Intermetallics.

Les métaux amorphes sont souvent qualifiés de matériaux du futur. En l'absence d'une maille cristalline, ils affichent des caractéristiques très inhabituelles qui sont déjà utilisées dans les colonnes de transformateur, les différents capteurs et les composites ultrasolides. Toutefois, la plupart des métaux amorphes ne sont pas très solides, et extrêmement fragiles. C'est pourquoi le principal message, pour les travaux scientifiques mondiaux à l'heure actuelle, est d'obtenir des matériaux composites par cristallisation thermique qui permettront de créer des matériaux souples. Cet objectif n'est pas encore atteint, c'est pourquoi la communauté scientifique mondiale s'intéresse vivement à la manière dont le processus de cristallisation fonctionne: quelles phases se forment suite à la cristallisation, quelles sont leurs propriétés?

"Nous menons actuellement de telles recherches, explique Andreï Bazlov de la chaire des sciences des matériaux des métaux non ferreux de l'université MISiS. Nous avons été les premiers au monde à découvrir une propriété intéressante d'un alliage amorphe à base d'aluminium: en réchauffant rapidement un alliage amorphe on obtient un matériau, et un autre en réchauffant lentement. C'est inhabituel en soi parce qu'en règle générale il n'y a pas de différence dans les produits finis quand on change la vitesse de réchauffement des verres métalliques."

La particularité du nouveau matériau est que dans le processus de cristallisation rapide apparaissent des nanoparticules d'aluminium de forme sphérique dont la dimension avoisine 10 nanomètres. Comme l'a expliqué Andreï Bazlov, ce matériau est deux fois plus solide par rapport à son analogue "lent". Cependant, la fragilité des deux types de verre reste identique.

Le principal acquis de ce travail de simplification est la diminution du coût de production des nanoparticules. Le fait est qu'en général, le nano-aluminium est obtenu par des méthodes relativement complexes: soit par sédimentation à partir de la phase gazeuse, soit par dispersion explosive, qui sont des processus très énergivores. Les chercheurs de l'université MISiS ont découvert la possibilité d'obtenir ce matériau par des méthodes métallurgiques classiques qui nécessitent bien moins d'énergie. "En fait, c'est de la fonte. Ce n'est pas une fonte tout à fait classique, mais c'est de la fonte couplée à un traitement thermique ordinaire — la détrempe", explique Andreï Bazlov.

Pour fabriquer le nouveau matériau, il n'est pas nécessaire de créer de nouveaux équipements spéciaux. Et il est possible de l'obtenir en grande quantité dans l'industrie dès à présent. La fragilité de ce matériau sous-entend qu'il se désintègre facilement, et particulièrement la phase amorphe. Sachant que les nanoparticules restent entières — autrement dit, en plaçant un échantillon dans un moulin à boulets il est possible d'en extraire en grande quantité de nano-aluminium.

L'utilité pratique de cette élaboration est évidente car le nano-aluminium possède plusieurs propriétés importantes. En combustion, la réaction avec l'émission de chaleur commence à 660°C déjà — contrairement à la poudre avec des microparticules qui s'enflamment à 1 000°C. En effet, la vitesse de détonation du nano-aluminium est supérieure de près d'un tiers: en l'ajoutant au combustible de fusée par exemple, l'impulsion de la fusée augmente de 70%.

La taille identique des particules est très importante lorsqu'elles sont utilisées comme base pour les matériaux composites parce qu'elle permet de contrôler plus précisément les propriétés de la substance obtenue. De plus, comme tout autre nanomatériau, il est très prometteur en tant que catalyseur.

Cette méthode pouvant être appliquée à d'autres alliages d'aluminium amorphes, elle pourra permettre de déboucher sur plusieurs nouveaux composites à base d'aluminium amorphe.