Du métal visqueux à l’intérieur de fibres

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© Wei Yan/2020 EPFL

© Wei Yan/2020 EPFL

Des scientifiques de l’EPFL ont, pour la première fois, intégré un métal visqueux dans des fibres micro-structurées. Un bel exemple de collaboration interdisciplinaire.

Platine, cuivre nickel et phosphore. Voici ce qui compose un alliage de métal amorphe avec d’excellentes propriétés mécaniques. Particulièrement résistant à la corrosion, cet alliage intéresse des domaines comme l’horlogerie ou la micromécanique. Au laboratoire des fibres et matériaux photoniques (FIMAP), Inès Richard, doctorante, Wei Yan, postdoctorant et le professeur Fabien Sorin ont détourné la fonction initiale de ce verre métallique pour l’employer comme électrodes dans des fibres plastiques. L’article, en collaboration avec le professeur Jörg Löffler de l’ETHZ, est publié dans Nature Nanotechnology

Fine et conductrice 

« Le verre métallique fait partie d’une nouvelle classe de métaux qui possèdent une structure amorphe. Cela signifie que lorsque l’on chauffe cet alliage à une certaine température, il passe par un état visqueux avant de devenir cristallin et solide », explique Inès Richard. Et cela comporte plusieurs avantages. La qualité visqueuse offre aux scientifiques la possibilité de l’étirer d’une manière uniforme et à des tailles nanométriques tout le long de la fibre, contrairement aux métaux cristallins utilisés habituellement, qui sont tirés à l’état liquide, et se scindent en gouttelettes lorsque leur diamètre diminue fortement. 

« Grâce à ce matériau, et à la compréhension approfondie du procédé, en collaboration avec la professeure Vasiliki Tileli, nous avons pu créer une fibre très fine et conductrice d’électricité. Sa taille fait quarante nanomètres d’épaisseur. C’est environ cinquante fois plus petit qu’une fibre à électrodes classique», révèle Fabien Sorin.

Faire marcher des rats

L’état visqueux du métal permet d’adjoindre un autre matériau liquide pendant le processus de fabrication, sans que les deux ne se mélangent. « Par exemple, nous avons ajouté du sélénium liquide qui détecte la lumière. La haute conductivité de l’alliage et l’excellente interface entre les deux composés augmentent la performance et la sensibilité de la fibre », explique Wei Yan. 

« Par ailleurs, nous avons collaboré avec les professeurs Stéphanie Lacour et Grégoire Courtine qui ont utilisé nos fibres à verre métallique sur des rats », précise Inès Richard. Stéphanie Lacour a apporté son expertise pour l’intégration afin d’obtenir des implants chroniques. Tandis que le laboratoire de Grégoire Courtine a testé les fonctionnalités de l’implant sur des animaux. En envoyant une pulsation électrique directement dans le cerveau de rats, les chercheurs ont pu stimuler le mouvement et enregistrer le signal de leurs neurones. Ces fibres composées de verres métalliques ont vocation à servir les domaines du biomédical et de l’électronique.

ETH research grant (ETH-47 17-1)

European Research Council (ERC-2015-CoG HOW2WALKAGAIN 682999)

European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sk?odowska-Curie grant agreement no. 665667

Bertarelli Foundation

Références

Yan, W., Richard, I., Kurtuldu, G., James, N. D., Schiavone, G., Squair, J. W., Nguyen-Dang, T., Das Gupta, T., Qu, Y., Cao, J. D., Ignatans, R., Lacour, S. P., Tileli, V., Courtine, G., Löffler, J. F. & Sorin, F. Structured nanoscale metallic glass fibres with extreme aspect ratios. Nat. Nanotechnol. 2020