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Les nanopolymères entrent en scène : une première synthèse mondiale

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Des chercheurs du MIT viennent de synthétiser, pour la première fois au monde, des polymères à l'échelle nanométrique.

Nanopolymère formé par association de nanoparticules. Crédit :Science

Les nanoparticules sont des associations d'atomes pouvant en comporter de quelques uns à plusieurs dizaines de milliers, on les appelle aussi des agrégats. Elles sont donc intermédiaires entre l'échelle des atomes et celle des solides et liquides car elles n'ont plus vraiment les propriétés des premiers et pas encore celles des seconds. Les plus intéressantes sont les agrégats métalliques recouverts d'une couche de molécules organiques et de forme quasi sphérique. On devrait pouvoir construire avec eux des nano-transistors et des nano-guides d'ondes avec de vastes applications, comme des détecteurs de molécules biologiques spécifiques ou pour des calculateurs électroniques ou optiques. Pour cela, il faudrait pouvoir les associer pour former de longues chaînes mais, jusqu'à présent, personne ne savait vraiment comment s'y prendre.

Francesco Stellacci et ses collègues ont étudié ce problème et se sont demandés si une façon de le résoudre ne serait pas de briser la symétrie sphérique autour d'une nanoparticule en lui ajoutant des ligands, des thiols par exemple. Les thiols sont des analogues des alcools mais la fonction -OH caractérisant ces derniers devient la fonction soufrée -SH. En ajoutant deux thiols aux pôles des nanoparticules, ces ligands sont alors libres de former des liaisons entre eux. On aurait donc la possibilité de former des chaînes moléculaires exactement comme pour le cas des polymères.

Nanoparticules avec ligands. Crédit :Science

L'obtention de ces nanopolymères, des polymères à l'échelle nanométrique donc, devrait prendre juste quelques heures. La réaction devrait en effet être similaire à celle produisant du nylon, l'expérience fut donc tentée sur ces bases.

Restait à confirmer le résultat. Etant donnée la taille de l'objet à observer, il fallait bien sûr utiliser un microscope électronique à effet tunnel. Effectivement, des chaînes de nanoparticules s'étaient bien formées comme on peut le voir sur l'image ci-dessous. Le nombre de nanoparticules varie d'une chaîne à l'autre mais on a pu en compter jusqu'à près de 50 000 !

Observation au microscope à effet tunnel d'un nanopolymère, la barre du bas est à l'échellle 200 nm. Crédit : Science

En s'organisant dans l'espace, telle une courbe fractale de Peano, ces nanopolymères peuvent même former une surface d'environ 1 cm2 et de 60 µm d'épaisseur.

Pour Stellacci, l'importance de son travail réside, pour le moment, dans le fait d'avoir trouver une technique pour produire cette nouvelle génération de matériaux possédant des propriétés inexistantes jusque là. Ainsi, il est possible de contrôler la porosité des nanopolymères à l'échelle nanométrique et ceux-ci devraient être précieux pour l'étude de la physique de la matière condensée. Stellacci s'interroge, par exemple, sur l'effet qu'aurait une solution de nanopolymères sur le point de fusion de la glace et sur sa viscosité. Pour le moment, son équipe et lui travaillent sur la possibilité d'augmenter la longueur des chaînes obtenues.

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