Les nanoparticules présentent une résistance mécanique extraordinaire grâce à leur structure quasi parfaite, contrairement à leurs homologues macroscopiques.
Les nanomatériaux présentent une résistance accrue
Les matériaux à l'échelle nanométrique présentent une résistance mécanique nettement supérieure à celle de leurs équivalents macroscopiques. Ce phénomène a été observé lors d'expériences et de simulations, où la résistance peut être multipliée par mille.Résistance mécanique et déformation
Lorsque des matériaux sont comprimés, ils se déforment d'abord de manière élastique, c'est-à-dire que la déformation est réversible. Toutefois, une fois que la contrainte appliquée dépasse un certain seuil, la déformation devient plastique et irréversible. Ce seuil varie selon le type de matériau.Pression et résistance des matériaux
La résistance mécanique des matériaux est souvent mesurée en pascals, une unité de pression. Par exemple, l'aluminium peut supporter quelques dizaines de mégapascals avant de subir une déformation irréversible. Ces valeurs peuvent être illustrées à l'aide de scénarios hypothétiques faisant intervenir des poids et des surfaces.Passage à l'échelle nanométrique
À l'échelle nanométrique, la résistance mécanique des matériaux augmente considérablement. Les nanoparticules d'aluminium, par exemple, peuvent supporter des pressions allant jusqu'à 15 à 25 gigapascals, soit environ mille fois plus que dans le monde macroscopique.Structure des matériaux à différentes échelles
À l'échelle macroscopique, les métaux purs sont composés de grains cristallins présentant divers défauts. Ces défauts, tels que les dislocations et les lacunes, jouent un rôle crucial dans la capacité du matériau à se déformer sous contrainte. Les joints de grains et les défauts sont plus fréquents dans les matériaux de grande taille.Défauts et mécanismes de déformation
Dans les matériaux macroscopiques, la déformation s'opère par des mécanismes tels que le mouvement des dislocations et le glissement aux joints de grains. Ces processus permettent aux matériaux de se déformer sous des contraintes relativement faibles. Toutefois, ces mécanismes sont largement absents dans les nanoparticules.Nanoparticules et structure quasi parfaite
Les nanoparticules sont souvent presque exemptes de défauts en raison de leur petite taille et de leur grand rapport surface/volume. L'absence de joints de grains et de défauts signifie que les mécanismes habituels de déformation ne sont pas disponibles. Il en résulte une résistance à la déformation nettement plus élevée dans les nanoparticules.Déformation de nanoparticules quasi parfaites
Pour déformer des nanoparticules, il faut des pressions extrêmement élevées afin de créer de nouveaux défauts, tels que des dislocations. Cette forte exigence énergétique explique pourquoi les nanoparticules peuvent supporter des pressions bien plus élevées avant de se déformer de manière irréversible.
