Imaginez un matériau aussi flexible et léger qu’une feuille d’aluminium qui devient temporairement rigide et extrêmement dur sous l’effet d’une pression mécanique soudaine. Un tel matériau pourrait arrêter un projectile lors de l’impact avec un poids minimum. C’est ce que des chercheurs de la City University of New York (CUNY) ont modélisé en créant le Diamène, un nano-matériau innovant dont l’indice de dureté équivaut au diamant à l’impact et qui pourrait révolutionner le blindage pare-balle conventionnel à base d’acier balistique.
En mettant au point un processus permettant de transformer deux feuilles de graphène flexibles et stratifiées en un matériau dur comme le diamant, les scientifiques ont ouvert une nouvelle voie vers le développement d’une gamme de matériaux flexibles et impénétrables capables de protéger le corps et les objets fragiles.
Les scientifiques du Advanced Science Research Center (ASRC) du Graduate Center de la CUNY ont modélisé le comportement sous pression et à température ambiante de deux couches de graphène, chacune épaisse d’un atome. Lors la conversion de l’énergie cinétique, ils ont constaté un durcissement extrême du film et une réduction soudaine du courant électrique, ce qui suggère que le Diamène pourrait avoir des propriétés électroniques et spintroniques intéressantes. Cette découverte aura probablement des applications dans le développement de revêtements protecteurs résistants à l’usure et de films pare-balles ultra-légers.
“Il s’agit du film le plus fin avec la rigidité et la dureté du diamant jamais créé !”
a déclaré Elisa Riedo, professeur de physique à l’ASRC et chercheuse principale du projet.
“Auparavant, lorsque nous testions du graphite ou une seule couche atomique de graphène, nous appliquions une pression et sentions un film très mou. Mais lorsque le film de graphite avait exactement deux couches d’épaisseur, nous avons réalisé que cet assemblage sous pression devenait extrêmement dur et aussi rigide, voire plus rigide, que le diamant.”
Angelo Bongiorno, professeur associé de chimie au CUNY College of Staten Island et membre de l’équipe de recherche, a développé la théorie de création du diamène. Lui et ses collègues ont utilisé des simulations informatiques atomistiques pour modéliser les résultats potentiels lors de la mise sous pression de deux couches en nid d’abeille de graphène alignées dans différentes configurations.
Riedo et d’autres membres de l’équipe ont ensuite utilisé un microscope à force atomique pour appliquer une pression localisée sur le matériau à deux couches graphène posé sur un substrat en carbure de silicium et ont constaté une parfaite concordance avec les calculs. Les expériences et la théorie démontrent que cette transition graphite-diamant ne se produit pas pour plus de deux couches ou pour une seule couche de graphène.
“Le graphite et le diamant sont tous deux entièrement constitués de carbone, mais la forme crystalline des atomes est différemment, ce qui leur confère des propriétés distinctes telles que la dureté, la flexibilité et la conduction électrique”
a déclaré Bongiorno.
“Notre nouvelle technique nous permet de manipuler le graphite afin qu’il puisse adopter les propriétés bénéfiques d’un diamant dans des conditions spécifiques.”
Le travail fructueux de l’équipe de recherche ouvre des possibilités d’étude de la transition de phase graphite-diamant dans des matériaux bi-dimensionnels, selon l’article. Les recherches futures pourraient explorer des méthodes de stabilisation de la transition et permettre d’autres applications.
