Une étude, dont les résultats intitulés «Structure and Formation Kinetics of Millimeter-Size Single Domain Supercrystals» ont été publiés dans la revue Advanced Functional Materials, a permis, en utilisant un dispositif microfluidique, de synthétiser un supracristal de nanoparticules d'or de taille millimétrique, tout en visualisant au fur et à mesure sa croissance à l'aide de la diffusion des rayons X.

Relevons tout d'abord que comme «les nanoparticules peuvent s’assembler entre elles, à l’instar des atomes, dans des structures périodiques, appelées supracristaux», cette particularité a de multiples applications de la catalyse à la détection, qui «exigent des assemblages réguliers, avec le moins de défauts possible».

Alors que, «malgré des progrès récents, il est toujours difficile de produire de manière fiable des structures de grande taille», l'étude ici présentée «a démontré la formation de supracristaux  parfaitement ordonnés, d'au moins 0,5 mm². Elle s'est focalisée sur des octaèdres «parmi la variété de formes que l’on peut synthétiser». Les octaèdres «sont proches de sphère mais ne forment pourtant pas de structures compactes.

Concrètement, «ils s’auto-assemblent selon trois réseaux distincts (simple hexagonal simple, monoclinique ou réseau de Minkowski), qui peuvent se retrouver parfois mêlés dans un seul échantillon», un polymorphisme qui «explique probablement pourquoi il est si difficile d’obtenir des empilements réguliers d’octaèdres». Ce problème a été contourné «en confinant une solution de particules dans un canal microfluidique recouvert d’une fine membrane perméable».

La formation du supracristal a été suivie «dans le temps et l’espace, par la diffusion des rayons X» durant «le séchage lent et contrôlé (pervaporation) de la solution». Il est ainsi apparu «que le processus commence par la concentration des nanoparticules dans le canal, suivie par la nucléation et la croissance du supracristal», dont l'orientation «ne change pas pendant la croissance. Finalement ce supracristal adopte la forme du canal. En fait, «c'est l'isolement du canal de l'air ambiant par la membrane qui explique la grande taille d'échantillon et sa qualité».

Analysé par microscopie électronique, le réseau de ce supracristal a été identifiée comme étant monoclinique en tenant compte de l'information obtenue par rayons X. Au bout du compte, la pervaporation qui «stabilise cette structure particulière aux dépens des autres arrangements possibles», permet «d’obtenir des supracristaux de grande taille, avec des applications potentielles à la chimie analytique».