Les nanosciences explorent l'ultra-petite échelle, en interface avec de multiples disciplines scientifiques pour favoriser les innovations dans les domaines de la technologie, de l'énergie et de la médecine. En manipulant des atomes et des molécules, il promet une vaste gamme d’applications, des technologies vertes aux traitements des troubles cérébraux. Crédit : Issues.fr.com
Qu’est-ce que les nanosciences ?
La nanoscience est la science des tailles incroyablement petites que seuls les microscopes les plus avancés peuvent voir. Il s’agit de l’un des sujets les plus brûlants de toute la science, touchant à la physique, à la biologie, à la chimie, à la géologie ainsi qu’à la science et à l’ingénierie des matériaux. En travaillant dans le monde de l’ultra-petit, les scientifiques apportent de grandes nouveautés à notre monde. Il s’agit notamment des nouvelles technologies vertes, des traitements contre diverses maladies, des technologies énergétiques, etc.
Le terme « nano » signifie un milliardième de quelque chose. Le « nano » en nanoscience fait référence à un nanomètre, un milliardième de mètre (1 mètre = 3,3 pieds). À quel point est-ce petit ?
Dans cette vidéo Science 101 : Qu'est-ce que la nanoscience, le scientifique adjoint Jie Xu explique ce qu'est la nanoscience et comment elle est appliquée au Centre pour les matériaux à l'échelle nanométrique (CNM) d'Argonne, un bureau des utilisateurs scientifiques du ministère de l'Énergie. La nanoscience est la science des dimensions incroyablement petites que seuls les microscopes de haute technologie les plus sophistiqués peuvent voir. C’est l’un des sujets les plus brûlants de toute la science. Chaque année, plusieurs centaines de scientifiques du monde entier se rendent au CNM pour étudier les propriétés des matériaux à l’échelle des atomes et des molécules. En faisant progresser notre compréhension de la structure des matériaux à cette échelle, les scientifiques d'Argonne comme Xu et bien d'autres acquièrent une compréhension toujours plus approfondie des propriétés au niveau du matériau. à l'échelle nanométrique et comment ils peuvent être utilisés en pratique. Forts de ces connaissances, ils conçoivent et fabriquent la prochaine génération de matériaux. Celles-ci conduisent à des technologies vertes durables, à une fabrication de masse plus efficace, à de nouveaux médicaments, à des traitements innovants des troubles cérébraux tels que Alzheimer et de Parkinson, des matériaux de batterie améliorés, de meilleurs appareils électroniques et bien plus encore.
Imaginons que vous êtes dans le monde d'Alice au pays des merveilles et que vous tombez sur une potion magique dans une bouteille marquée DRINK ME. Vous prenez une gorgée et rétrécissez 1 500 fois. Vous mesurez désormais un millimètre, soit la hauteur d’une petite goutte de pluie. Curieux, vous prenez une autre gorgée de la potion magique et rétrécissez d'un facteur mille. Ayant maintenant une taille d’un micromètre, vous avez à peu près la taille d’une bactérie flottant dans une goutte de pluie. Vous prenez une autre gorgée et rétrécissez encore un facteur mille. Ayant atteint la taille du nanomètre, vous n’êtes plus qu’environ trois fois plus gros qu’une seule molécule d’eau, composée de deux atomes d’hydrogène et d’un oxygène. Dans une seule goutte de pluie, il y a plus d’un sextillion de molécules d’eau. Un sextillion est le chiffre un suivi de vingt et un zéros !
La science à cette très petite échelle apporte de nombreux avantages à la société, car tous les matériaux sont constitués d’atomes et de molécules. Et les mêmes atomes et molécules combinés de différentes manières peuvent produire une multitude de propriétés. Ils peuvent être rendus plus doux ou plus résistants, conduire mieux la chaleur ou l’électricité, réfléchir la lumière différemment, etc.
Au Laboratoire national d'Argonne, le Centre des matériaux à l'échelle nanométrique (CNM) est l'un des cinq centres du Département de l'énergie des États-Unis consacrés aux nanosciences et à la technologie.
En faisant progresser notre compréhension des matériaux, des molécules et des processus chimiques à cette échelle, les scientifiques de ces centres acquièrent une compréhension toujours plus approfondie de la manière dont émergent des propriétés qui peuvent être mises en pratique. Forts de ces connaissances, ils conçoivent et construisent la prochaine génération de matériaux et de molécules. Celles-ci conduisent à des technologies vertes durables, à une fabrication de masse plus efficace, à de nouveaux médicaments, au traitement de troubles cérébraux comme la maladie d'Alzheimer et de Parkinson, à des matériaux de batterie améliorés, à de nouveaux dispositifs d'information et de détection quantiques, et bien plus encore.
Crédit : Laboratoire National d'Argonne
Que sont les nanostructures ?
Des structures que seuls les microscopes les plus avancés peuvent voir.
Les nanostructures ont une ou plusieurs dimensions cent mille fois plus petites que l'épaisseur d'un cheveu humain et pas beaucoup plus grandes qu'un or. atome ou molécule d'eau. Il existe d’innombrables variétés de nanostructures. L'intérêt pour eux a explosé avec la découverte des buckyballs dans les années 1980, suivie de deux structures apparentées.
- BUCKYBALLE Nommé d'après l'architecte Buckminster Fuller, il se compose de soixante atomes de carbone réunis en forme de ballon de football. Sa synthèse a conduit à l'invention des nanotubes de carbone et graphène.
- GRAPHÈNE Ce nanomatériau est une feuille plate d’atomes de carbone de moins d’un nanomètre d’épaisseur. Malgré son ultra-mince, le graphène est 200 fois plus résistant que l’acier.
- NANOTUBE DE CARBONE Les scientifiques peuvent enrouler le graphène pour former des nanotubes. Cette forme est intéressante pour de nombreuses applications, telles que la création de fibres et de tissus ultra résistants. Il peut également être utilisé comme additif pour renforcer les véhicules aérospatiaux.
