fr.wedoany.com Rapport : Les chercheurs du Laboratoire national des Rocheuses (National Laboratory of the Rockies, NLR) aux États-Unis étendent la technologie de résonance magnétique nucléaire (RMN) à des secteurs industriels stratégiques tels que les batteries, les semi-conducteurs, les bioplastiques et les biocarburants, afin de détecter les défauts subtils des matériaux à l'échelle atomique. Forte de plus de quatre-vingts ans d'histoire, cette technologie jouait auparavant un rôle de routine principalement dans l'analyse chimique.
Bennett Addison, responsable de l'équipement de RMN du laboratoire, a indiqué que de nombreux chercheurs qui soumettent des échantillons ne sont pas certains que les produits obtenus correspondent à leurs attentes. À l'échelle atomique, des impuretés minimes ou des défauts structurels peuvent passer inaperçus avec les méthodes conventionnelles, affectant ainsi les performances des semi-conducteurs, des polymères ou des fibres synthétiques. La RMN permet d'obtenir des informations structurelles fines sur les solides, les gels, les polymères, les matériaux biologiques et les composants de batteries sans endommager les échantillons, une capacité encore largement sous-exploitée.
Un cas typique est l'analyse par le chercheur Ross Kerner de semi-conducteurs mixtes à halogénures. Il a utilisé une méthode de RMN à sensibilité accrue pour examiner des échantillons de films minces fabriqués par des fournisseurs industriels, et a découvert dans tous les échantillons des impuretés non détectées auparavant. Ces données ont permis de quantifier avec précision les types et les teneurs en défauts, et plusieurs fabricants ont ajusté leurs procédés de production en conséquence. Kerner a déclaré que deux jours d'expériences suffisaient pour permettre à différentes entreprises d'améliorer la qualité de leurs matériaux. Les résultats de ces recherches ont été publiés dans des revues telles que Nature, ACS Applied Energy Materials et InfoMat.
Dans le domaine de la bioéconomie, l'équipe du NLR a utilisé la RMN pour construire le premier modèle moléculaire détaillé de la paroi cellulaire secondaire du peuplier (Populus). Le peuplier est une essence importante pour la production de biocarburants et de biomatériaux. Grâce à la RMN à l'état solide et à l'enrichissement isotopique en carbone-13, les chercheurs ont obtenu des informations quantitatives sur l'arrangement spatial des polymères du bois. Ce modèle peut soutenir des simulations informatiques visant à optimiser les procédés de conversion de la biomasse en carburants, engrais, produits chimiques et nouveaux matériaux. Le laboratoire utilise également la RMN à haut débit pour analyser des milliers d'échantillons végétaux en peu de temps, transformant les plantations en bases de données à grande échelle permettant d'identifier les différences de teneurs en sucres et en lignine entre les espèces d'arbres, afin de faciliter la sélection génétique des cultures énergétiques.
Dans le développement de polymères durables, le NLR a adopté la méthode de RMN à rotation à l'angle magique, qui fait pivoter l'échantillon à un angle de 54,7 degrés dans le champ magnétique, permettant d'obtenir des informations à haute résolution sur les matériaux semi-solides sans les dissoudre. Grâce à cette technique, les chercheurs ont caractérisé un élastomère biodégradable et recyclable présentant des perspectives d'application dans les domaines des adhésifs, de la robotique et des dispositifs électroniques. En outre, l'équipe a utilisé la RMN du lithium-7 pour étudier le mouvement des ions dans les électrolytes solides à différentes températures, afin de comprendre l'influence du désordre de la structure cristalline sur la diffusion ionique, un facteur directement lié à la conductivité et à l'efficacité des batteries au lithium de nouvelle génération.
Actuellement, environ 120 chercheurs utilisent régulièrement les spectromètres de RMN du laboratoire, et des dizaines d'entreprises ont également recours à ses services pour optimiser leurs produits et leurs procédés industriels. Addison et Kerner estiment que les obstacles à la généralisation des méthodes avancées de RMN ne relèvent pas principalement de la technique, mais de la dépendance des chercheurs aux procédures d'analyse existantes. Une compréhension précise du comportement des matériaux à l'échelle atomique peut faire la différence entre un produit ordinaire et une innovation technologique susceptible d'influencer les secteurs de l'énergie, des matériaux avancés et de la bioéconomie.
