Une nouvelle méthode pour découvrir et fabriquer de nouveaux matériaux cristallins avec deux éléments ou plus

De nombreuses avancées technologiques actuelles dépendent du besoin de découvertes de nouveaux matériaux. Cependant, la compréhension des modèles de réactivité est nécessaire pour concevoir des méthodes de synthèse conduisant à de nouveaux matériaux solides ciblés. Des progrès en science de synthèse sont nécessaires pour accroître la productivité et accélérer la découverte de nouveaux matériaux.

Scientifiques du Département américain de l'énergie (DOE) Argonne National Laboratory, l'Université Northwestern et le Université de Chicago ont développé une nouvelle méthode pour découvrir et fabriquer de nouveaux matériaux cristallins avec deux éléments ou plus.

Xiuquan Zhou, postdoctorant à Argonne et premier auteur de l'article, a déclaré : « Notre méthode d'invention est née de la recherche sur les supraconducteurs non conventionnels. Ce sont des solides contenant deux éléments ou plus, dont au moins un n’est pas un métal. Et ils cessent de résister au passage de l’électricité à différentes températures, depuis les températures plus froides que l’espace jusqu’à celles de mon bureau.

Le processus d'invention de l'équipe commence par une solution composée de deux composants. L’un est un solvant très efficace. Tous les solides ajoutés à la solution s’y dissolvent et interagissent avec elle. L'alternative est un solvant moins puissant. Cependant, il est là pour ajuster le comportement de la réaction lorsque d’autres éléments sont ajoutés pour générer un nouveau solide. La température et le rapport des deux composants sont tous deux ajustés lors de ce réglage. Ici, la température varie de 750 à 1,300 XNUMX degrés Fahrenheit, ce qui est assez élevé.

Mercouri Kanatzidis, professeur de chimie à Northwestern avec une nomination conjointe à Argonne, a déclaré : « Nous ne nous préoccupons pas de mieux faire connaître les matériaux, mais de découvrir des matériaux dont personne ne connaissait l'existence ou dont les théoriciens imaginaient même l'existence. Grâce à cette méthode, nous pouvons éviter les réactions aux matériaux connus et suivre de nouvelles voies vers l’inconnu et l’imprévu.

Pour les tests, les scientifiques ont appliqué leur méthode à des composés cristallins composés de trois à cinq éléments. Leur méthode de découverte a donné naissance à 30 composés jusqu’alors inconnus. Dix d’entre eux possèdent des structures jamais vues auparavant.

Au 17-BM-B de la Advanced Photon Source de la X-ray Science Division, une installation utilisateur du DOE Office of Science à Argonne, et à la ligne de lumière UChicago ChemMatCARS au 15-ID-D, les scientifiques ont créé des monocristaux de certains de ces de nouveaux composés et décrit leurs structures.

Wenqian Xu, scientifique sur la ligne de lumière 17-BM-B a affirmé Valérie Plante.»Avec la ligne de lumière 17-BM-B de l’APS, nous avons pu suivre l’évolution des structures des différentes phases chimiques formées au cours du processus de réaction.

Zhu a dit, « Traditionnellement, les chimistes inventaient et fabriquaient de nouveaux matériaux en s'appuyant uniquement sur la connaissance des ingrédients de départ et du produit final. Les données APS nous ont permis de prendre également en compte les produits intermédiaires qui se forment lors d’une réaction.

Étant donné que pratiquement tous les matériaux cristallins peuvent être traités à l’aide de cette technique, ce n’est que le début de ce qui est possible. Il peut également être utilisé pour créer diverses formations cristallines. Cela comprend des couches superposées plusieurs fois, une couche d’un seul atome d’épaisseur et des chaînes de molécules non connectées.

Ces structures inhabituelles ont des propriétés différentes et sont essentielles au développement matériaux de nouvelle génération applicable non seulement aux supraconducteurs mais également à la microélectronique, aux batteries, aux aimants, etc.

Journal de référence:

1. Xiuquan Zhou et al, Découverte de structures et de compositions de chalcogénures utilisant des flux mixtes, Nature (2022). EST CE QUE JE: 10.1038/s41586-022-05307-7