Des scientifiques découvrent un procédé bon marché pour créer des matériaux supersolides

Des chercheurs de l'Université nationale de science et de technologie MISiS ont mis au point un moyen économique d'obtenir des nanoparticules de nitrure de bore hexagonal, qui permettra de fabriquer ce modificateur-durcisseur de matériaux composites à l'échelle industrielle. Les résultats de leur étude ont été publiés dans la revue scientifique Material Science & Engineering A.

En règle générale, les matériaux composites sont constitués d'une base plastique armée d'un remplissage présentant une forte solidité. La combinaison de substances hétérogènes entraîne la création d'un nouveau matériau dont les propriétés sont différentes des propriétés de chacune de ses composantes. Certains composites surpassent les alliages et les matériaux traditionnels de par leurs propriétés mécaniques, tout en étant plus légers.

Les nanoparticules de nitrure de bore hexagonal font partie des modificateurs-durcisseurs de matériaux composites. Leurs propriétés uniques sont connues des spécialistes depuis relativement longtemps. Ces nanomatériaux peuvent être utilisés dans différents domaines, notamment le transport ciblé de médicaments. Cependant, le processus d'obtention de nanoparticules de nitrure de bore est assez complexe et coûteux.

Les chercheurs du laboratoire de recherche sur les nanomatériaux non organiques de la MISiS ont mis au point une technologie d'obtention de ces nanoparticules grâce à la stratification contrôlée et à la fragmentation de la micro-poudre du nitrure de bore hexagonal dans un moulin à billes.

Grâce au traitement à haute énergie des microparticules dans différents milieux, les chercheurs ont réussi à réduire la dimension des particules de plus de 100 fois pour obtenir des nanofeuilles de 50-100 nm.

«Les résultats de ces travaux ont montré la grande efficacité de la stratification et de la fragmentation de la micro-poudre de nitrure de bore hexagonal dans un moulin à billes. La méthode ainsi élaborée permet d'assurer une grande production de nanoparticules d'une dimension moyenne comprise entre 50 et 100 nm», a déclaré le co-auteur de l'étude Andreï Kovalski, chercheur en chef au laboratoire des nanomatériaux non organiques.

En utilisant les nanoparticules ainsi obtenues, les scientifiques ont synthétisé les premiers matériaux métaux-céramiques composites à base d'aluminium, qui ont déjà fait preuve d'une solidification significative. Selon les estimations de la MISiS, les dépenses pour l'obtention de telles nanostructures en utilisant la nouvelle technologie pourraient être divisées par 20 par rapport aux méthodes traditionnelles de synthèse à haute température.

Le nitrure de bore hexagonal est un matériau stratifié typique, un jumeau structurel du graphène. Les microparticules du nitrure de bore hexagonal se présentent sous la forme de «paquets» de feuilles.

Il est nécessaire de stratifier et de fragmenter ces «paquets» pour obtenir des nanoparticules. Lors d'une fragmentation mécanique ou à ultrason, des impuretés provenant des matériaux de l'instrument utilisé se retrouvent toujours dans le produit final. Dans la technologie proposée, grâce à la combinaison des conditions du milieu (argon, isopropanol, polyéthylène glycol) et l'optimisation des paramètres de traitement, les chercheurs ont réussi à réduire significativement la quantité d'impuretés. Le bas coût de la nouvelle méthode contribuera à lancer prochainement son exploitation à l'échelle industrielle.