Des scientifiques découvrent un nouveau matériau 2D plus résistant que le graphène

Des scientifiques découvrent un nouveau matériau 2D plus résistant que le graphène

Le nitrure de bore hexagonal (h-BN), un nouveau matériau découvert par des chercheurs de la Rice University de Houston, aux États-Unis, en partenariat avec des scientifiques de la Nanyang Technological University, à Singapour, possède des propriétés physiques similaires à celles du graphène. Cet élément a une si grande résistance à la fissuration qu’il a surpris même les scientifiques responsables de la recherche.

La découverte va même à l’encontre de la description fondamentale de la fracture des matériaux, un principe utilisé par les scientifiques depuis les années 1920 pour prévenir et définir la résistance des matériaux. « Ce que nous voyons dans ce matériau est remarquable », a déclaré le scientifique des matériaux de l’Université Rice, Jun Lou. Alerte scientifique. « Personne ne s’attendait à voir cela dans les matériaux 2D. C’est pourquoi c’est si excitant.

Des scientifiques decouvrent un nouveau materiau 2D plus resistant que

Vue d’ensemble d’un échantillon h-BN. Crédit : Université Rice

Le h-BN a une structure extrêmement similaire au graphène, car les deux sont des matériaux constitués de réseaux hexagonaux d’atomes. Cependant, dans le graphène, ces atomes sont du carbone, alors que dans le h-BN, chaque hexagone a trois atomes de carbone et trois autres atomes d’azote.

plus fort que prévu

Les liaisons carbone-carbone sont parmi les plus fortes trouvées dans la nature, de sorte que le graphène devrait être beaucoup plus fort que le h-BN. Globalement, c’est ce qui se passe réellement, les deux ont des valeurs de résistance et d’élasticité très similaires, cependant les valeurs des h-BN sont légèrement inférieures. Cependant, le graphène a également une faible résistance à la fissuration, ce qui signifie qu’il est extrêmement cassant.

« Nous avons mesuré la ténacité à la rupture du graphène il y a sept ans, et il n’est en fait pas très résistant à la rupture », a expliqué Lou. « S’il y a une fissure dans le réseau, une petite charge va casser ce matériau », a-t-il ajouté.

Au départ, les chercheurs pensaient que puisque les propriétés du h-BN étaient similaires à celles du graphène, sa fragilité le serait également. Cependant, lorsque les tests ont été effectués, ils ont constaté que la résistance à la rupture du h-BN est dix fois supérieure à celle du graphène.

Pourquoi si fort ?

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Comparaison des fissures dans un échantillon de graphène par rapport à un échantillon de h-BN. Crédit : Université Rice

Pour savoir pourquoi, l’équipe a analysé des échantillons de h-BN à l’aide d’un microscope électronique afin d’observer dans les moindres détails comment les fissures se produisent. Et après plus de 1 000 heures d’expérimentation et d’analyse de suivi, ils ont pu découvrir que les deux matériaux, bien que similaires, ne sont pas exactement semblables.

Dans le graphène, une fissure a tendance à zigzaguer de haut en bas, alors que dans le h-BN les fissures ont tendance à bifurquer, ce qui rend le matériau beaucoup plus résistant. Si la fissure est ramifiée, cela signifie qu’elle tourne », a expliqué Lou. « Si vous avez cette fissure en rotation, il faut essentiellement de l’énergie supplémentaire pour entraîner la fissure. Vous avez donc efficacement durci votre matériau, ce qui rend la propagation de la fissure beaucoup plus difficile. »

Cette capacité a des implications pour le développement de matériaux 2D flexibles et applicables en électronique, par exemple. Même le h-BN possède une série de propriétés qui en font une excellente perspective pour les applications électroniques, car il présente une résistance à la chaleur et une stabilité chimique. Cela pourrait donc fournir une nouvelle façon de développer des technologies telles que des vêtements intelligents, des tatouages ​​​​électroniques et même des implants.