Cristaux respirants: Transformer l’énergie propre & l’électronique

Une équipe d’ingénieurs provenant d’universités prestigieuses a réussi à créer un cristal capable d’ajuster sa structure en temps réel grâce à une approche de manipulation des molécules d’oxygène. Ces cristaux respirants pourraient ouvrir la voie à d’importantes avancées dans les matériaux de construction thermiques, l’aérospatiale, l’informatique et les systèmes d’énergie propre. Voici ce que vous devez savoir

Matériaux avancés qui respirent

Les scientifiques poursuivent leurs recherches sur les matériaux qui respirent grâce aux efforts d’ingénierie des lacunes d’oxygène. Ces chercheurs utilisent des matériaux tels que les oxydes de métaux de transition (TMOs) qui peuvent être modulés vers différents états en retirant des atomes d’oxygène de leur composition.

Ces états possèdent des caractéristiques différentes, permettant aux scientifiques d’ajuster des fonctionnalités programmables. Ainsi, il est possible d’augmenter ou de diminuer les capacités catalytiques, électroniques et photocatalytiques à l’échelle microscopique. Ces paramètres réglables ont rendu les matériaux respirants essentiels pour les technologies futures telles que le stockage d’énergie, la catalyse, la supraconductivité et les dispositifs électroniques.

Oxydes de cobalt

Le type le plus courant de TMO combine des pérovskites à base de cobalt et de fer. Notamment, les pérovskites sont des structures cristallines nanoscopiques dont la forme les rend idéales pour la création d’éléments. Les ingénieurs utilisent ces matériaux dans les TMOs car ils offrent un soutien structurel solide et peuvent supporter plusieurs phases structurelles.

Problèmes avec les oxydes de cobalt

Les oxydes de cobalt ne sont pas exempts de limitations. D’une part, ces matériaux sont fragiles à l’extérieur et coûteux à fabriquer. Ainsi, ils ne peuvent pas être utilisés dans des applications plus robustes sans mesures supplémentaires pour prévenir les dommages.

Un autre problème de l’approche à base d’oxyde de cobalt est que ces structures ne peuvent atteindre leurs états séparés qu’à des températures élevées ou sous d’autres conditions spécifiques. Satisfaire ces conditions peut augmenter les coûts globaux, la taille et les limitations de leurs applications prévues. De plus, ces conditions peuvent entraîner une décomposition, réduisant les performances.

Étude des cristaux respirants

Reconnaissant ces limitations, une équipe d’ingénieurs s’est lancée à la recherche d’une alternative plus stable et flexible aux TMOs à base d’oxyde de cobalt. Leur travail, « Selective reduction in epitaxial SrFe0.5Co0.5O2.5 and its reversibility », publié¹ dans la revue Nature Communications, introduit une composition TMO novatrice capable de supporter un spectre plus large de stoichiométries d’oxygène.

Dans le cadre de cette approche, les ingénieurs ont créé des films minces d’oxyde métallique à partir de strontium, de fer et de cobalt. Les films SrFe0.5Co0.5O2.5 ont ensuite été modulés via différents environnements gazeux. L’équipe note que leurs cristaux produisent une action respiratoire, libérant et absorbant l’oxygène comme des poumons.

Source – Université nationale de Pusan, Corée