close

Se connecter

Se connecter avec OpenID

COMMUNIQUÉ DE PRESSE NATIONAL I PARIS I 21 MARS 2016

IntégréTéléchargement
COMMUNIQUÉ DE PRESSE NATIONAL I MONTPELLIER I 6 AVRIL 2016
Expirer en inspirant : le comportement anormal d’un
matériau nanoporeux
Véritables éponges high-tech de l’infiniment petit, les matériaux nanoporeux permettent de
capturer et libérer de manière contrôlée les composés chimiques, gaz ou liquides. Une
équipe franco-allemande comprenant des chercheurs de l’Institut de recherche de Chimie
Paris (CNRS/Chimie ParisTech) et de l’Institut Charles Gerhardt de Montpellier
(CNRS/Université de Montpellier/ENSCM)1 a mis au point et décrit un de ces matériaux au
comportement totalement contre-intuitif, le DUT-49. Lorsque la pression augmente pour
faire entrer davantage de gaz dans un échantillon de DUT-49, celui-ci se contracte
subitement et libère son contenu comme si, au cours d’une inspiration, les poumons se
rétractaient et expulsaient l’air qu’ils contiennent. Publiés le 6 avril 2016 sur le site de la
revue Nature, ces travaux permettent d’envisager des comportements innovants en
science des matériaux.
La capture de molécules toxiques dans l’air ambiant, le stockage de l’hydrogène ou la libération ciblée de
médicaments… Autant d’applications qui peuvent faire appel à des matériaux nanoporeux flexibles. Ces
matériaux utilisent la grande surface déployée par leurs pores pour capter et stocker les molécules de gaz
ou de liquide : c’est le phénomène d’adsorption2. Leurs pores peuvent ainsi adsorber des quantités
impressionnantes de produits, s’agrandissant dans la limite de leur flexibilité.
Une équipe franco-allemande a conçu un nouveau type de matériau nanoporeux : le DUT-49. Formé par
auto-assemblage d’un squelette carboné et d’atomes de cuivre, sa structure est à la fois organique et
métallique. Il se présente sous la forme d’une poudre incroyablement poreuse : la superficie interne3 d’un
seul gramme de ce matériau couvre 5000 m². Le DUT-49 est ainsi capable d’adsorber l’équivalent du tiers
de son poids en méthane. Tout comme les autres matériaux « intelligents » de sa famille, ses propriétés
changent selon les stimulations extérieures, comme la pression, la température ou la lumière. Si l’on
augmente la pression lors de la capture d’un gaz, on augmente à la fois la quantité de gaz adsorbée et,
dans le cas le plus courant, la taille des pores du matériau. La très grande flexibilité du DUT-49 provoque
cependant un phénomène imprévu : alors que le matériau se remplit de gaz jusqu’à une certaine pression,
il va se contracter brutalement et voir son volume diminuer de moitié si la pression continue d’augmenter.
Ces travaux ont notamment bénéficié du soutien de l’Institut universitaire de France.
Dans l’absorption, l’entité capturée disparaît, tandis que dans l’adsorption les molécules de gaz sont seulement piégées.
3 Ensemble de la surface disponible pour adsorber les molécules
1
2
Les chercheurs ont d’abord cru à une erreur d’instrumentation, car aucun autre des millions de matériaux
connus qui adsorbent les gaz ne se comporte ainsi. Ce phénomène « d’adsorption négative » a pourtant
bien été confirmé par des mesures complémentaires et l’équipe est parvenue à en décrire le mécanisme.
Les molécules de gaz stockées dans les pores du DUT-49 établissent des interactions fortes avec la
structure de ce solide ce qui, selon la quantité de gaz adsorbée, perturbe la disposition des atomes qui le
composent et finit par provoquer sa contraction. Testé avec le butane et le méthane, ce comportement
caractéristique du DUT-49 serait généralisable à d’autres composés gazeux.
DUT-49 rejoint les récentes découvertes de matériaux aux propriétés physiques « anormales », comme
ceux à expansion thermique négative qui se contractent lorsqu’ils sont chauffés. Ce résultat ouvre un
grand champ d’étude dans la compréhension des matériaux poreux flexibles et permet d’envisager des
comportements innovants en science des matériaux. Il pourrait ainsi conduire à développer des
interrupteurs et des capteurs à échelle nanométrique. Le dégonflement du matériau correspond en effet à
une réponse forte à un petit évènement, déclenché à partir d’une valeur seuil facilement détectable.
Simulation de la disposition des atomes qui composent le DUT-49 lorsque
celui-ci n’est pas contracté
© F.-X. Coudert / CNRS
Cristaux de DUT-49 par microscope électronique à balayage.
© S. Krause / Technische Universität Dresden
Une séquence vidéo est disponible sur demande auprès du service presse CNRS.
Bibliographie
A pressure amplifying framework with negative gas adsorption transitions. Simon Krause,
Volodymyr Bon, Irena Senkovska, Ulrich Stoeck, Dirk Wallacher, Daniel M. Többens, Stefan Zander,
Renjith S. Pillai, Guillaume Maurin, François-Xavier Coudert & Stefan Kaskel. Nature. 6 avril 2016.
doi: 10.1038/nature17430
Contacts
Chercheur CNRS l François-Xavier Coudert l T 01 44 27 65 99 l fx.coudert@chimie-paristech.fr
Université de Montpellier l Guillaume Maurin l T 04 67 14 33 07 l guillaume.maurin1@umontpellier.fr
Presse CNRS l Aurélie Lieuvin l T 04 67 61 35 10 l P 06 25 53 89 73 I aurelie.lieuvin@cnrs.fr
Auteur
Документ
Catégorie
Без категории
Affichages
0
Taille du fichier
471 Кб
Étiquettes
1/--Pages
signaler