Les nanoparticules permettent de nouvelles combinaisons de métaux jusqu'ici non miscibles
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Les métaux présentent de multiples propriétés. Les combiner entre elles ouvre de nouvelles perspectives pour de nombreuses technologies d'avenir. Mais certains métaux ne peuvent pas encore être mélangés entre eux. À l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), le professeur Claus Feldmann, chimiste, utilise des nanoparticules métalliques comme intermédiaires pour permettre la création de nouveaux alliages. La Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) soutient son projet en tant que projet Reinhart Koselleck pour les projets très innovants et prêts à prendre des risques, en lui allouant 750 000 euros sur cinq ans.
"Les matériaux métalliques sont à la base de composants importants de nombreuses technologies d'avenir, par exemple dans les domaines de l'énergie, de l'électronique, de l'automobile ainsi que de l'aéronautique et de l'aérospatiale", explique le professeur Oliver Kraft, vice-président de la recherche, de l'enseignement et des affaires académiques du KIT. "Avec ses recherches sur les nanoparticules, Claus Feldmann jette les bases d'alliages totalement nouveaux. Nous sommes fiers de cet éminent scientifique et le félicitons chaleureusement d'avoir obtenu, grâce à un projet Reinhart Koselleck, la subvention d'excellence la mieux dotée de la DFG pour les individus".
Le professeur Claus Feldmann, chef de groupe de recherche à l'Institut de chimie inorganique du KIT, étudie "les nanoparticules comme navettes pour l'alliage de métaux communs non miscibles" - tel est le titre de son projet. En d'autres termes, les nanoparticules lui servent d'intermédiaires pour réunir des métaux qui, jusqu'à présent, ne pouvaient pas être mélangés entre eux. Pas moins de 80 pour cent de tous les éléments chimiques connus sont des métaux. Ils se caractérisent par une conductivité électrique élevée, une conductivité thermique élevée, une malléabilité plastique et un éclat métallique. En dehors de cela, ils présentent des propriétés différentes, parfois même opposées. La fusion de ces métaux pourrait permettre à l'avenir de créer de nouveaux matériaux haute performance.
Le professeur Claus Feldmann utilise des nanoparticules pour réunir des métaux qui ne pouvaient pas être mélangés jusqu'à présent.
Copyright: Markus Breig, KIT
La vitesse de réaction déjoue les nanoparticules
Certains métaux ne sont toutefois pas miscibles en phase solide et ne forment pas de bimétaux thermodynamiquement stables. "Les métaux légers, par exemple, sont légers, mous et réactifs. Les métaux durs, en revanche, sont durs, ont un point de fusion élevé et sont inertes. Combiner ces propriétés ouvre des perspectives intéressantes, mais n'était souvent pas possible jusqu'à présent", explique Feldmann. Lui et son équipe utilisent des nanoparticules des métaux et travaillent à forcer cinétiquement une répartition atomique-statistique des métaux dans les nanoparticules par une réduction rapide près de la température ambiante en phase liquide. "Cette réaction chimique dure moins d'une seconde, de sorte que les nanoparticules n'ont pas le temps de se séparer les unes des autres", explique Feldmann. "Nous parvenons ainsi à ce que les deux métaux soient présents en quantités égales dans le mélange et répartis de manière uniforme".
Des travaux préliminaires avec des nanoparticules de différents métaux permettent déjà au groupe de recherche d'accéder de manière unique à des bimétaux jusqu'ici impossibles. Leurs propriétés peuvent être très différentes de celles des monométaux, par exemple en ce qui concerne la réactivité, la cristallisation et les propriétés thermiques.
De nouveaux bimétaux aux propriétés inhabituelles
Outre la question fondamentale de savoir comment des alliages de métaux communs jusqu'ici non miscibles peuvent être fabriqués à l'aide de nanoparticules bimétalliques sous forme de navettes, Feldmann étudie également la possibilité d'établir des bimétaux entièrement nouveaux aux propriétés inhabituelles. Cela pourrait à l'avenir faire avancer par exemple le développement de verres métalliques, de catalyseurs et de matériaux hautement entropiques composés de cinq éléments ou plus. La DFG finance le projet Reinhart Koselleck à hauteur de 750 000 euros sur cinq ans. Le projet débutera le 1er juin 2026.
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