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Une minuscule couche monomoléculaire peut lier entre elles deux surfaces qui, d'ordinaire, sont réticentes au collage. Cette découverte, presque fortuite, a été réalisée sur le cuivre et le silicium par une équipe du Rensselaer Polytechnic Institute, aux Etats-Unis. On ne la verra jamais en tube dans les rayons de bricolage mais plusieurs industries sauront lui trouver des utilités.
Depuis des années, Ganapathiraman Ramanath et ses collègues cherchaient à assembler de fines couches moléculaires entre des matériaux semi-conducteurs. L'équipe avait déjà repéré que des molécules organiques dont le squelette de carbone portent des atomesatomes de soufresoufre, d'oxygèneoxygène ou de silicium montraient des propriétés adhésives. Mais cette colle était trop sensible à la chaleurchaleur : à 400 °C, elle lâchait tout.
Les chercheurs ont alors eu l'idée de tester leur couche entre deux surfaces, l'une de cuivre, l'autre de silicium. Résultat étonnant : non seulement, le collage résistait à la chaleur bien au-delà de 400 °C mais plus la température atteinte est élevée, meilleure est l'adhésion. Cette colle d'un nouveau genre a résisté jusqu'à 700 °C. L'arrangement moléculaire spontané est à l'origine de ces propriétés. Les molécules organiques s'installent perpendiculairement aux deux surfaces parallèles et chacune se lie à un atome de cuivre d'un côté et à un atome de silicium de l'autre.
Une molécule à squelette de carbone (atomes de couleur rouge sur le dessin) porte du silicium (en vert), du soufre (en bleu) et de l’hydrogène (en blanc). Dans cet exemple, elle s’agrippe à une surface de cuivre (au-dessus) et de silice (au-dessous). Les molécules se rangent elles-mêmes en une couche monomoléculaire d’un nanomètre d’épaisseur. Crédit : Rensselaer/G. Ramanath
De la puce au réacteur
Le résultat est une couche de colle qui n'a que l'épaisseur d'une molécule, soit environ un nanomètrenanomètre ! Des résistancesrésistances équivalentes avaient déjà été obtenues mais avec des couches mille fois plus épaisses. « Bien que le principe ne semble pas intuitif, affirme Ganapathiraman Ramanath, il est simple et pourrait être utilisé dans une large variété d'applicationsapplications commerciales. » L'extraordinaire finesse de la couche de colle la rend intéressante pour l'industrie électronique. Sa résistance à la chaleur et sa solidité en font un adhésif utilisable dans des installations soumises à fortes contraintes. Les chercheurs citent l'exemple de revêtements recouvrant les aubesaubes de réacteurs ou de turbines de centrales de production d'énergieénergie électrique. Avec ses composants banals (qui reviennent à 35 dollars les cent grammes selon l'estimation des scientifiques), cette super glue se révèle de plus économique à l'usage. L'équipe ne va d'ailleurs pas manquer de déposer un brevet...
