Molécules d'eau en mouvement : dynamique surprenante sur les matériaux 2D
Au lieu de sauter, les molécules d'eau marchent : l'université technologique de Graz et l'université du Surrey montrent que l'eau se déplace de manière étonnamment différente sur des matériaux ultraminces.
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Dans une étude publiée dans Nature Communications , des chercheurs de l'université technologique de Graz (TU Graz) et de l'université du Surrey ont testé deux matériaux ultraminces, semblables à des feuilles, dotés d'une structure en nid d'abeille : le graphène et le nitrure de bore hexagonal (h-BN). Alors que le graphène est conducteur d'électricité, ce qui en fait un candidat de choix pour l'électronique, les capteurs et les batteries de demain, le h-BN, souvent appelé "graphite blanc", est un matériau céramique à haute performance et un isolant électrique.
Les chercheurs ont découvert que cette différence subtile modifiait complètement la façon dont l'eau interagissait avec les surfaces. Au lieu de sauter entre des points fixes comme c'est le cas sur le graphène, les molécules d'eau se déplacent sur le h-BN dans un mouvement fluide et roulant, comme si elles marchaient sur la surface.
Molécules d'eau en mouvement
A. Tamtögl - TU Graz
De nouvelles perspectives pour la conception des surfaces
Ce comportement inattendu montre que même les plus petites variations dans la structure atomique d'un matériau peuvent modifier considérablement la façon dont l'eau se déplace à l'échelle nanométrique, offrant aux scientifiques de nouvelles perspectives pour la conception de surfaces qui contrôlent le frottement, le mouillage et la formation de glace.
Pour saisir le mouvement, l'équipe de Graz a utilisé une technique très sensible appelée spectroscopie à écho de spin de l'hélium, qui permet de suivre le mouvement de molécules individuelles sans les perturber. Les chercheurs de Surrey ont également effectué des simulations informatiques avancées pour modéliser ce qui se passait au niveau atomique.
Ensemble, les expériences et les simulations ont montré que l'eau subit moins de friction sur le h-BN - en particulier lorsque le matériau est soutenu par du nickel - ce qui permet à la molécule de se déplacer plus librement. Sur le graphène, en revanche, le métal sous-jacent renforce l'interaction entre la molécule et la surface, ce qui augmente la friction et rend le mouvement moins fluide.
Le matériau de support est essentiel
"Le support sous le matériau 2D s'est avéré essentiel : il peut modifier complètement le comportement de l'eau et même aller à l'encontre de nos attentes", explique Anton Tamtögl, de l'Institut de physique expérimentale de l'Université technique de Graz. "Si nous pouvons régler la façon dont l'eau se déplace en choisissant le bon matériau et le bon substrat, nous pourrons concevoir des surfaces qui contrôlent le mouillage ou résistent au givrage. Ces connaissances pourraient transformer les technologies qui reposent sur la manipulation de l'eau à l'échelle nanométrique - des revêtements et lubrifiants avancés aux membranes de désalinisation".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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