Chimie et impression 3D : vers la création de structures en carbone plus solides

Une équipe de recherche de l’UCF (University of Central Florida), accompagnée par le Florida Space Institute de l’UCF, ont récemment fait une découverte intéressante alors qu’ils espéraient trouver des catalyseurs pour transformer le propylène en propane. En effet, en effectuant leur recherche, ils ont découvert comment fabriquer des micro et des nanofibres de carbone et ce à température ambiante ce qui est très rare puisqu’il faut généralement des valeurs très élevées pour ce faire. Mais quel est le lien avec la fabrication additive ? Leur découverte se rapproche d’un processus d’impression 3D et pourrait résulter à la création de plateformes dédiées pour concevoir, couche par couche, des structures à l’échelle microscopique.

Ce n’est pas pour rien que la R&D est extrêmement importante dans nos cultures : elle est à l’origine de nos découvertes et parfois celles-ci sont très inattendues. C’est bien le cas dans l’histoire que nous vous rapportons aujourd’hui. Les recherches effectuées à l’époque étaient menées par un futur doctorant. Il réalisait une analyse spectroscopique (une méthode qui permet de comprendre l’interaction entre la matière et la lumière pour identifier la composition de l’échantillon étudié) d’un catalyseur exposé à du gaz propylène via un laser. Il s’est rendu compte que des tâches noires se formaient sous le laser. Après plusieurs examens approfondis, l’équipe de chercheurs s’est aperçu qu’il s’agissait de carbone qui se créait sous l’effet de la décomposition du propylène.

Les chercheurs se sont alors penchés sur ces résultats. Laurene Tetard est professeur de physique à l’UFC. Elle explique qu’elle a commencé à bouger le laser pour voir comment les tâches allaient évoluer. Elle s’est rendu compte que le mouvement du laser permettait de créer des formes. Son collègue, Richard Blair ajoute : “Nous examinions le composant hydrogène et ma collègue, Mme Tetard, a remarqué qu’en concentrant le laser, des formes intéressantes se formaient. Elle a déplacé le laser vers le haut de la surface et les formes se sont développées en suivant le laser.”

Et c’est là qu’on peut faire le lien avec la fabrication additive : grâce au mouvement du laser, la matière réagit et des formes 3D se créent. La découverte des chercheurs est bien évidemment à prendre avec du recul, on ne parle pas ici d’un processus d’extrusion qui permettrait d’imprimer des objets en carbone à l’image d’une imprimante 3D FDM. Mais cela est intéressant car on pourrait produire des composants à l’échelle microscopique sans recourir à une source d’énergie trop importante et à des températures relativement basses. Les chercheurs précisent qu’ils sont en mesure de concevoir ces fibres en carbone sur des tissus comme du coton.

Laurene Tetard ajoute : “La catalyse est importante pour réaliser de nombreuses transformations chimiques nécessaires à notre société. Produire du carbone sans consommer beaucoup d’énergie est crucial dans le contexte actuel. Cette approche utilise un catalyseur mis au point par le Dr Blair, qui permet un nouveau type de processus catalytique réduisant la quantité d’énergie nécessaire pour produire du carbone. L’une des conséquences de nos travaux est qu’il devient possible d’imprimer en 3D des structures en carbone, ce qui ouvre la voie à de nombreuses nouvelles applications.”

Enfin, l’équipe du Dr Blair a aussi indiqué que les structures de carbone “imprimées en 3D” sont conductrices et être insérées dans des cellules sans les tuer. Une application intéressante serait donc de mesurer en temps réel l’activité électrique d’une cellule. L’avenir nous le dira ! Vous pouvez retrouver toute la recherche ICI.

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*Crédits de toutes les photos : University of Central Florida