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Des spécialistes chinois des matériaux ont récemment dévoilé le verre le plus solide au monde, capable de rayer la surface d’un diamant. Se révélant également semi-conducteur, il ouvre des perspectives intéressantes dans le domaine de l’énergie photovoltaïque.

Un matériau amorphe ultra-résistant

Baptisé AM-III, ce nouveau matériau présente des similitudes avec les diamants, tant naturels qu’artificiels, dans la mesure où il est principalement constitué d’atomes de carbone. Mais alors que les diamants présentent un arrangement d’atomes et de molécules dans une structure en treillis parfaite, celle de l’AM-III se révèle plus désorganisée avec des atomes et des molécules mal alignés.

Dits amorphes ou solides non cristallins, ces matériaux comprennent les plastiques, les gels, et le verre, n’étant normalement pas associé à une grande dureté ou résistance. Dans le cadre de travaux publiés dans la revue National Science, les scientifiques de l’université Yanshan ont cherché à conférer de telles propriétés à un matériau vitreux par le biais d’essais minutieux, en expérimentant différents arrangements d’atomes et de molécules.

Molécules de carbone dont la structure rappelle celle d’un ballon de football, les fullerènes avaient jusqu’à présent été étudiés dans l’optique de mettre au point des nanoparticules inflammables, des cellules solaires avancées, et d’approfondir notre connaissance de l’espace. Les auteurs de la nouvelle étude ont découvert qu’ils pouvaient également servir à concevoir des matériaux amorphes ultra-résistants. Les fullerènes ont été soumis à une chaleur et à une pression croissantes, visant à les concasser et à les mélanger, jusqu’à la formation du matériau AM-III.

Images montrant les rayures créées par AM-III à la surface d’un diamant naturel — © Yanshan University / CC BY 4.0

Des propriétés permettant d’envisager son utilisation dans le domaine photovoltaïque

Lorsque le nouveau matériau a été soumis à un test de Vickers, sa dureté a été évaluée à 113 gigapascals (GPa). À titre d’exemple, celle de l’acier doux est d’environ 9 GPa, et comprise entre 70 et 100 GPa pour les diamants naturels. Les tests mécaniques complets de l’équipe ont prouvé que l’AM-III était le matériau amorphe le plus dur et le plus résistant connu à ce jour, capable de rayer la surface d’un diamant.

Celui-ci est également semi-conducteur, avec une bande interdite comprise entre 1,5 et 2,2 électronvolts (eV), similaire à celle du silicium amorphe couramment utilisé. Ce mélange d’attributs électroniques et mécaniques fait de l‘AM-III une proposition attrayante pour les scientifiques qui développent des technologies photovoltaïques convertissant la lumière en électricité, similaires à celles que l’on retrouve dans les cellules solaires.

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