QUASI-CRISTAUX
Propriétés physiques des quasi-cristaux
Les études des propriétés physico-chimiques des quasi-cristaux ont pris un réel essor avec la fabrication de mono-quasi-cristaux de grande taille par des techniques de croissance cristallines standard (croissance de types Bridgman et Czochralsky). Des mono-quasi-cristaux icosaédriques de plusieurs centimètres ont été obtenus dans le système aluminium-palladium-manganèse. De même que leur structure, certaines propriétés physiques des quasi-cristaux sont paradoxales. Contrairement aux alliages métalliques classiques à base d'aluminium, les quasi-cristaux présentent une importante résistivité électrique ; elle peut atteindre celle d'un isolant dans le cas du quasi-cristal aluminium-palladium-rhénium (la résistivité de ce dernier est environ un million de fois supérieure à celle de l’aluminium pur). Ce sont également de mauvais conducteurs thermiques. Toutefois, le rôle central de la quasi-périodicité dans les propriétés électroniques et thermiques est encore imparfaitement compris.
Les propriétés mécaniques des quasi-cristaux se caractérisent par une grande dureté (environ cinq fois celle des meilleurs aciers spéciaux) et une grande fragilité observées à la température ordinaire. Au-dessus d’une température relativement élevée (environ 0,8 fois la température de fusion), ces matériaux s’amollissent brutalement ; leur déformation plastique présente un comportement comparable à celui de la superplasticité. Les phénomènes mis en jeu sont toutefois différents ; il semble, en effet, que des dislocations s’introduisent et migrent sous l’action d’une contrainte au travers de la structure du quasi-cristal, mais sans donner lieu au phénomène de durcissement structural (écrouissage) observé dans le cas des métaux ordinaires. Leur résistance à l’oxydation semble être aussi exceptionnelle, malgré le manque d’études paramétrées. Cette résistance à la corrosion, leur comportement ductile à haute température, leur faible conductivité thermique font des quasi-cristaux des candidats de choix pour la réalisation de barrières thermiques (moteurs d’avion, fusées, etc.).
Par ailleurs, la surface des quasi-cristaux est non mouillable, c’est-à-dire qu’une goutte de liquide ne s’y étale pas en un film mince. Cette propriété, associée à une exceptionnelle dureté et une grande résistance thermique, prédestine les quasi-cristaux à des applications technologiques de dépôts sur des supports ayant des propriétés complémentaires, par exemple comme revêtement de fond de casseroles ou de poêles à frire.
De plus, la résistance aux frottements des quasi-cristaux – les coefficients de frottement sur la surface d’un quasi-cristal peuvent être jusqu'à dix fois plus faibles que sur celle d’un acier – permet d’envisager leur utilisation pour les pièces mécaniques en mouvement, telles certaines parties des moteurs automobiles, ce qui augmenterait la longévité de ceux-ci et réduirait la consommation de carburant et de lubrifiant (donc de pollution). Parmi d’autres domaines encore inexplorés, celui de la catalyse hétérogène en présence de matériaux quasi-cristallins pourrait a priori concerner un bon nombre de réactions chimiques et peut-être donner lieu à quelques applications.
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Écrit par
- Marc AUDIER : docteur, directeur de recherche au C.N.R.S.
- Michel DUNEAU : directeur de recherche au C.N.R.S.
Classification
Médias
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