Lorsque la plupart des gens pensent au métal liquide, ils pensent au T-1000 de « Terminator 2. » Steve Lustig voit un kit de chimie.
Des recherches récentes de Lustig, professeur agrégé de génie chimique à la Northeastern University, fournissent de nouvelles informations sur la façon dont la chimie organique peut être effectuée dans les métaux liquides à haute température pour changer leur composition chimique. Le travail fondamental réalisé par Lustig et les chercheurs impliqués dans cet article, publié dans Tendances du carboneouvre des voies pour créer entièrement de nouveaux types de métaux organiques avec des impacts directs sur tout, de l'électronique à l'ingénierie.
« Cela ouvre la possibilité de concevoir et d'atteindre de nouveaux types de matériaux », explique Lustig. « Il n'y a vraiment pas de matériaux qui sont tout à fait comme ça où vous avez un métal et des structures organiques à l'intérieur du métal qui semblent être liés ensemble d'une manière qui n'a pas été documentée dans la littérature auparavant. »
Le défi avec les métaux liquides est même en mesure de comprendre que la chimie peut se produire à l'intérieur d'eux. En tant que solvant auquel les chimistes peuvent ajouter un soluté pour créer une solution chimique, les métaux liquides sont difficiles à travailler pour des raisons compréhensibles: ils sont opaques et généralement imperméables.
Il crée un problème pour les chimistes et les ingénieurs chimiques. Soudain, les outils et les méthodes qu'ils utilisent normalement pour sonder les résultats de leur travail sont inefficaces. Lustig dit que le seul moyen pour les chimistes de valider et de diagnostiquer leurs travaux sur les métaux liquides était de tester mécaniquement des échantillons en vrac, qui fournit des informations très limitées ou d'étudier les tranches du matériau. Ce dernier finit par endommager le matériau, avec la plupart des dommages causés à la surface, le seul endroit où les chimistes sont capables d'étudier les résultats de leurs expériences.
Pour éviter ces pièges, les chercheurs ont trouvé une nouvelle utilisation pour une méthode éprouvée: la diffusion inélastique des neutrons. Comme son nom l'indique, la diffusion inélastique des neutrons implique la dispersion des neutrons à travers un matériau, en utilisant les vibrations atomiques du matériau pour mieux en savoir plus sur sa composition.
Les chercheurs ont mené des expériences de diffusion de neutrons sur l'aluminium et l'analyse théorique sur le cuivre et l'argent. Ce qu'ils ont trouvé était un moyen très efficace de pouvoir comprendre la chimie organique dans les métaux liquides.
« L'observation que nous pouvons utiliser des neutrons pour passer par le métal et obtenir des empreintes digitales des molécules à travers leurs vibrations de liaison normales a été très utile pour pouvoir prouver que la chimie est réellement terminée », explique Lustig. « C'est vraiment excitant parce que même notre première tentative a été très fructueuse pour pouvoir faire des conclusions très définitives sur les types de molécules après notre chimie dans les métaux liquides à des températures assez élevées et quel type de molécules n'existait pas. »
Leurs résultats chimiques et cette nouvelle méthodologie pourraient avoir de grandes implications pour la création de matériaux comme les covetiques, les métaux infusés de nano-carbone et les métallocarbures. Il n'y a pas eu de moyen standard ou éprouvé de mener le type de chimie organique nécessaire pour faire progresser les covetiques, qui sont très utiles dans l'électronique grand public et les systèmes d'alimentation en raison de leur conductivité.
Lustig dit qu'il a été intuitivement compris que la mise en place de molécules organiques, comme les polymères, dans les métaux, change presque toutes les propriétés du métal. Être en mesure de diagnostiquer réellement ce que sont ces changements pourraient faire avancer le champ de covetics de manière passionnante. Lustig pointe vers des cas d'utilisation pour la conception des avions plus légers et les systèmes d'énergie renouvelable plus efficace, mais les applications de ce type de matériaux sont apparemment infinies.
« Il est probable qu'un matériau covetique bien fait pourrait avoir des propriétés mécaniques intéressantes et aussi des propriétés électroniques encore meilleures », explique Lustig. « Il est possible que nous puissions obtenir des matériaux qui mènent beaucoup mieux que tout ce que nous savons. Cela a des ramifications pour le transport et le stockage d'énergie électrique. Il est possible que nous puissions utiliser moins de matériaux pour la même conductivité, ce qui signifie que les choses qui stockent et ont besoin d'utiliser l'électricité peuvent être plus légères. »
