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Posté par Redbran le Jeudi 21/12/2017 à 12:00
Un gel supramoléculaire sous tension

Peut-on imaginer des composants électroniques dont le c?ur serait fait d'un gel ? Des chercheurs de l'Institut de science et d'ingénierie supramoléculaires (CNRS / Université de Strasbourg) viennent d'en faire la démonstration. Ces travaux sont parus dans le Journal of the American Chemical Society.

Les gels, en particulier ceux obtenus par auto-assemblage de molécules ?-conjuguées, sont des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) dynamiques présentant des propriétés (opto)électroniques uniques. Leur nature adaptative leur confère une sensibilité sans précédent à divers stimuli externes. Par un processus de nucléation, les molécules ?-conjuguées forment des fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) supramoléculaires qui s'assemblent alors en un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un...) tridimensionnel. L'encapsulation (L'encapsulation en général est la notion de mettre une chose dans une autre. En imageant, on peut voir que cette chose est mise dans une capsule. En particulier, on peut...) de solvant dans ce réseau moléculaire conduit à la formation d'un gel.

Bien que de nombreux "gels ?" aient été conçus, ils ont été intégrés dans des dispositifs électroniques exclusivement sous la forme d'aérogels à base de couches minces qui, lors de la solidification (La solidification est l'opération au cours de laquelle un liquide passe à l'état solide. Cela peut se faire par refroidissement (cas le plus courant), par augmentation de la...), perdent leur capacité à répondre aux stimuli externes. Leur intégration dans des dispositifs réels reste donc un défi majeur.

C'est dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent....) que les chercheurs ont entrepris de développer une plateforme polyvalente permettant d'évaluer les propriétés électroniques de gels ? "frais". Ils ont pour cela fabriqué une cavité de dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou...) sub-micrométriques à partir de deux électrodes d'or planes, parallèles et séparées par des nano-piliers de fluorure de lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) (isolant électrique). Une telle configuration garantit un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des...) uniforme dans la cavité et permet de limiter les réactions électrochimiques indésirables en utilisant une tension (La tension est une force d'extension.) plus basse (inférieure à 5 volts).

Un polymère conjugué (En mathématiques, le conjugué d'un nombre complexe z est le nombre complexe formé de la même partie réelle que z mais de partie imaginaire opposée.) bien connu, le poly(3-hexylthiophène) ou P3HT, a été employé comme semi-conducteur (Un semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un isolant, mais pour lequel la probabilité qu'un électron puisse contribuer à un courant...) modèle. Ce polymère est déjà largement utilisé dans des dispositifs électroniques organiques (transistors, cellules solaires). Lorsqu'il est dissous à haute concentration dans un solvant aromatique comme le xylène ou le toluène, le P3HT forme un gel constitué d'un réseau de fibres auto-assemblées. Ainsi, la solution de P3HT pénètre par capillarité (La capillarité est l'étude des interfaces entre deux liquides non miscibles, entre un liquide et l'air ou entre un liquide et une surface. Elle est mise en œuvre lorsque les buvards...) dans la cavité où le polymère s'auto-assemble en un réseau de fibres, ce qui conduit à la formation in situ d'un gel ? très visqueux.

Les chercheurs ont ainsi réussi à obtenir un véritable composant électronique (Un composant électronique est un élément destiné à être assemblé avec d'autres afin de réaliser une ou plusieurs fonctions électroniques. Les composants...) (un "memristor") à base d'un gel supramoléculaire frais dont la transition de phase (En physique, une transition de phase est une transformation du système étudié provoquée par la variation d'un paramètre extérieur particulier (température, champ magnétique...).) est réversible et peut être contrôlée par changement de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...). Ces résultats constituent une avancée importante qui pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) les frontières de l'électronique à l'état solide. L'intégration de briques moléculaires fonctionnelles permettra d'augmenter la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri...) fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a été...) des matériaux et peut ouvrir la voie à une nouvelle génération de dispositifs électroniques multifonctionnels non solides.

Référence publication:
Lei Zhang, Songlin Li, Marco A. Squillaci, Xiaolan Zhong, Yifan Yao, Emanuele Orgiu & Paolo Samorì
Supramolecular Self-Assembly in a Sub-micrometer Electrodic Cavity: Fabrication of Heat-Reversible ?-Gel Memristor
Journal of the American Chemical Society 18 octobre 2017
DOI: 10.1021/jacs.7b04347

Contacts chercheurs:
- Paolo Samorì, Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de connaissances, d'études...) et d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des...) supramoléculaires ? Strasbourg
- Emanuele Orgiu, Institut de science et d'ingénierie supramoléculaires ? Strasbourg

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Source et illustration: CNRS-INC
 
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