Vers un monde équitable et durable

Le domaine des matériaux autoréparateurs est en pleine expansion et ce qui relevait autrefois de la science-fiction pourrait bientôt devenir réalité, grâce à des scientifiques du Technion - l'Institut israélien de technologie - qui ont mis au point des nanocristaux semi-conducteurs écologiques capables de s'autoréparer. Leurs résultats, récemment publiés dans Advanced Functional Materials, décrivent le processus par lequel un groupe de matériaux appelés pérovskites doubles présentent des propriétés d'auto-guérison après avoir été endommagés par le rayonnement d'un faisceau d'électrons. Les pérovskites, découvertes pour la première fois en 1839, ont récemment attiré l'attention des scientifiques en raison de leurs caractéristiques électro-optiques uniques qui les rendent très efficaces pour la conversion d'énergie, malgré une production peu coûteuse. Un effort particulier a été consacré à l'utilisation de pérovskites à base de plomb dans des cellules solaires hautement efficaces.

Le groupe de recherche du professeur Yehonadav Bekenstein de la faculté des sciences et de l'ingénierie des matériaux et de l'Institut de l'état solide du Technion recherche des alternatives vertes au plomb toxique et conçoit des pérovskites sans plomb. L'équipe est spécialisée dans la synthèse de cristaux à l'échelle nanométrique de nouveaux matériaux. En contrôlant la composition, la forme et la taille des cristaux, ils modifient les propriétés physiques du matériaux.

Les nanocristaux sont les plus petites particules de matériaux qui restent naturellement stables. Leur taille rend certaines propriétés plus prononcées et permet des approches de recherche qui seraient impossibles sur des cristaux plus grands, comme l'imagerie par microscopie électronique pour voir comment les atomes des matériaux se déplacent. C'est d'ailleurs cette méthode qui a permis la découverte de l'autoréparation dans les pérovskites sans plomb.

Les nanoparticules de pérovskite ont été produites dans le laboratoire du professeur Bekenstein à l'aide d'un processus court et simple qui consiste à chauffer le matériau à 100°C pendant quelques minutes. Lorsque les étudiants en doctorat Sasha Khalfin et Noam Veber ont examiné les particules à l'aide d'un microscope électronique à transmission, ils ont découvert un phénomène passionnant. Le faisceau d'électrons à haute tension utilisé par ce type de microscope a provoqué des failles et des trous dans les nanocristaux. Les chercheurs ont alors pu explorer comment ces trous interagissent avec le matériau qui les entoure et se déplacent et se transforment à l'intérieur de celui-ci.

Ils ont constaté que les trous se déplaçaient librement à l'intérieur du nanocristal, mais évitaient ses bords. Les chercheurs ont mis au point un code qui a analysé des dizaines de vidéos réalisées à l'aide du microscope électronique pour comprendre la dynamique des mouvements à l'intérieur du cristal. Ils ont constaté que les trous se formaient à la surface des nanoparticules, puis se déplaçaient vers des zones énergétiquement stables à l'intérieur. Ils ont émis l'hypothèse que le mouvement des trous vers l'intérieur était dû à des molécules organiques recouvrant la surface des nanocristaux. Une fois ces molécules organiques retirées, le groupe a découvert que le cristal éjectait spontanément les trous vers la surface et vers l'extérieur, retrouvant ainsi sa structure originelle vierge - en d'autres termes, la croûte s'est réparée toute seule.

Cette découverte constitue une étape importante vers la compréhension des processus qui permettent aux nanoparticules de pérovskite de se guérir elles-mêmes, et ouvre la voie à leur incorporation dans les panneaux solaires et autres dispositifs électroniques.

Le professeur Yehonadav Bekenstein a obtenu ses diplômes en physique et en chimie à l'Université hébraïque de Jérusalem. Après une bourse postdoctorale à l'Université de Californie, Berkeley, il a rejoint la faculté du Technion en 2018. Il a reçu de multiples récompenses, notamment le prix Käte et Franz Wiener (prix de l'excellente thèse de doctorat), la bourse Rothschild pour les chercheurs postdoctoraux et la bourse Alon pour l'intégration de professeurs exceptionnels. En 2020, il a reçu l'ERC Starting Grant pour les scientifiques en début de carrière.

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