Rien de mieux que les neutrons pour sonder la matière ultra-confinée !
Publié par Redbran le 12/07/2019 à 14:00
Source: CEA

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Selon une collaboration impliquant des chercheurs de l'Iramis, la diffusion de neutrons couplée à la microscopie électronique apporte des informations uniques sur les propriétés de la matière confinée à l'échelle nanométrique. Des membranes séparatrices des piles aux capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la...) biologiques, les applications ne manquent pas !

Plusieurs procédés, dont l'anodisation, permettent de percer des pores de section nanométrique dans des membranes destinées à la mesure (capteurs), à la filtration (La filtration est un procédé de séparation permettant de séparer les constituants d'un mélange qui possède une phase liquide et une phase solide au travers...), au nanomoulage ou encore à la microfluidique (La microfluidique est la science et la technologie des systèmes manipulant des fluides et dont au moins l'une des dimensions caractéristiques...). Cependant, le comportement de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) confinée dans de tels pores reste mal connu et doit être étudié sur des systèmes modèles tels que des membranes en oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse...).

C'est ce qu'a entrepris une équipe de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Pierre-et-Marie-Curie et du laboratoire Léon-Brillouin (Iramis) avec une membrane dite duplex, dont la section des pores peut être ajustée, au contact d'un électrolyte modèle utilisé dans les piles à combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la combustion.), le polystyrène sulfonate de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à l'état de corps pur dans la...) (NaPSS).

L'adsorption (L'adsorption, à ne pas confondre avec l'absorption, est un phénomène de surface par lequel des molécules de gaz ou de liquides se fixent sur les surfaces solides des adsorbants selon divers processus plus ou moins...) de l'électrolyte est observée in situ dans la membrane poreuse, en combinant la réflectivité de neutrons et la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à...) électronique: les neutrons permettent de remonter au profil de composition chimique le long du nanopore, perpendiculairement à la membrane, tandis que la microscopie électronique apporte des informations structurales.

De manière étonnante, les chercheurs observent que la teneur en électrolyte dans les nanopores est supérieure à celle dans la solution, et se trouve maximale à l'endroit où le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur...) des pores est le plus faible.

La réflectivité des neutrons se révèle ainsi un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus grande rentabilisation...) précieux pour comprendre quantitativement des effets de confinement pouvant influencer notamment l'adsorption de macromolécules. Une clé essentielle pour le stockage électrochimique de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), et de nombreuses applications en chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces...), pharmacologie ou biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire...).

Références

Neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les protons, sont...) reflectivity for soft matter, EPJ Web Conf.

Duplex nanoporous alumina and polyelectrolyte adsorption: more insights from a combined neutron reflectivity and electron microscopy study, Nanoscale
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