Les métaux désordonnés : des matériaux aux propriétés uniques

Les atomes des différents métaux et alliages qui nous entourent se positionnent habituellement de façon à occuper le niveau d’énergie le plus bas possible, à l’intérieur d’une structure cristalline. Cette structure cristalline, bien que très stable, limite les propriétés mécaniques pouvant être atteintes, comme la ductilité, la résistance et le module d’Young, d’où l’intérêt de la démanteler et d’ajuster les matériaux aux besoins des nouvelles applications.

Depuis les années 60, les chercheurs arrivent à former des alliages amorphes, soit des alliages dont la structure est non cristalline. L’une des méthodes utilisées pour y parvenir est de refroidir très rapidement le mélange de métaux qui formera l’alliage, afin de ne pas laisser le temps aux atomes de se réorganiser. Cette chute rapide de température force les atomes à demeurer là ils sont : on obtient alors un verre métallique en masse.

Des propriétés sur mesure

La famille des alliages métalliques désordonnés, qui comprend les verres métalliques en masse, c’est-à-dire des métaux amorphes sans structure cristalline périodique, sort vraiment des sentiers battus puisque ces matériaux combinent des propriétés de façon inusitée. Par exemple, on peut les former facilement par moulage comme les plastiques, mais leur résistance est plus grande que celle du fer. On peut augmenter à la fois, résistance, souplesse et ductilité. Cette association de propriétés amène beaucoup de possibilités d’application, autant pour le milieu de la recherche que celui de la fabrication. La caractérisation de ses nouveaux matériaux devient cruciale afin de pouvoir définir la proportion optimale de chacun des composants pour un usage désiré.

image haute résolution d’un matériau

Un microscope à sonde à balayage : un investissement de plus de 1 million de dollars

Grâce à un investissement important de Développement Économique Canada, l’ÉTS se dotera d’un équipement de pointe, un microscope à sonde à balayage, plus précisément de type force atomique, le premier appareil du genre au Canada. Il n’existe que très peu d’exemplaires de cet appareil au monde, étant donné son coût élevé et le fait qu’il requiert un spécialiste en la matière pour le faire fonctionner.

Cet appareil permet de mesurer les propriétés chimiques, mécaniques et électriques en même temps grâce à une petite sonde qui oscille très faiblement, de l’ordre de l’angström (10-10 m). Lorsque la sonde s’approche du matériau à caractériser, elle interagit avec la surface, ce qui peut influencer la fréquence de résonnance, de même que l’amplitude et la phase de l’oscillation. Les propriétés du matériau sont obtenues en corrélant ces informations. L’appareil sélectionné est muni d’un système de recirculation fermée de liquide frigorigène afin de permettre d’atteindre 9 K, sa température de fonctionnement, sans avoir à recourir à l’hélium liquide. Autre caractéristique, il fonctionne très près du vide absolu.

Fonctionnement du microscope à sonde à balayage

Balayage de la surface du matériau

Ce microscope à sonde à balayage peut analyser des échantillons comportant jusqu’à quatre métaux et aidera les industries à créer de nouveaux matériaux, en plus de combler des besoins de recherche plus fondamentale. Il offrira donc un avantage concurrentiel unique aux entreprises canadiennes.

Le Laboratoire de caractérisation de matériaux avancés recherche activement des étudiants au doctorat :

Caractérisation de matériaux pour des applications d’énergie renouvelable

Caractérisation à nanoéchelle et conception de matériaux amorphes

Les personnes intéressées peuvent prendre connaissance de ces projets plus en détails et écrire à l’auteur.