Par Pesach Benson • 8 octobre 2025
Jérusalem, 8 octobre 2025 (TPS-IL) — Des scientifiques en Allemagne et en Israël ont découvert une nouvelle façon d’étudier certains des matériaux les plus petits et les plus prometteurs sur Terre, une avancée qui pourrait aider à créer de meilleures batteries, des dispositifs électroniques flexibles et des appareils d’énergie propre.
Les matériaux, appelés MXènes, sont constitués de feuilles de seulement quelques atomes d’épaisseur. Ils peuvent conduire l’électricité, stocker de l’énergie et même interagir avec la lumière de manière à rendre les futures technologies plus rapides, plus petites et plus efficaces. Mais jusqu’à présent, les chercheurs ne pouvaient étudier les MXènes que sous forme de grandes piles de couches superposées. Cela rendait difficile de comprendre ce que chaque couche individuelle pouvait réellement faire par elle-même.
Les MXènes suscitent de l’enthousiasme depuis des années en raison de leur potentiel dans la technologie de prochaine génération, des batteries à charge ultra-rapide et des cellules solaires aux écrans flexibles et aux membranes de purification de l’eau. Mais pour concrétiser ces idées, les scientifiques doivent d’abord comprendre exactement comment ces matériaux se comportent à l’échelle la plus petite.
Une équipe de recherche dirigée par le Dr Andreas Furchner du Helmholtz-Zentrum Berlin et le Dr Ralfy Kenaz* de l’Université hébraïque de Jérusalem a résolu ce problème. Ils ont utilisé une nouvelle méthode optique appelée micro-ellipsométrie spectroscopique (SME) pour examiner individuellement les flocons de MXène un par un. Les résultats ont été publiés dans la revue à comité de lecture ACS Nano.
La technique consiste à projeter de la lumière soigneusement contrôlée sur des échantillons microscopiques et à mesurer comment la lumière se réfléchit. À partir de cette réflexion, les scientifiques peuvent déterminer comment le matériau conduit l’électricité et comment sa structure affecte les performances. Contrairement aux méthodes plus anciennes, la SME ne endommage pas l’échantillon et peut effectuer une analyse complète en moins d’une minute.
« Ce qui est vraiment remarquable avec ce travail, c’est qu’en moins d’une minute, nous pouvons mesurer directement les propriétés optiques, structurales et électriques des flocons de MXène individuels, le tout de manière non destructive », a déclaré Kenaz, co-inventeur de la méthode. « Normalement, ces mesures nécessitent trois instruments différents et beaucoup plus de temps. »
Furchner a déclaré que la nouvelle approche donne aux scientifiques une image claire du comportement de chaque flocon. « Mesurer comment les flocons de MXène individuels interagissent avec la lumière nous a permis de repérer de minuscules variations d’épaisseur et de conductivité », a-t-il déclaré. « Nous étions ravis de voir à quel point les résultats correspondaient étroitement à des techniques beaucoup plus lentes et destructrices. »
L’équipe a découvert que lorsque les couches de MXène deviennent plus minces, leur résistance électrique augmente, un détail crucial pour la conception de composants électroniques fiables et efficaces. La nouvelle technique a également pu égaler la précision d’outils d’imagerie puissants tels que les microscopes électroniques, confirmant sa précision.
« Ce travail fournit une feuille de route pour intégrer les MXènes dans de vraies technologies en offrant une vue directe de leurs propriétés intrinsèques sans l’interférence de couches empilées ou d’impuretés », a déclaré le professeur Ronen Rapaport de l’Université hébraïque. « En affinant la manière dont nous étudions ces matériaux, nous ouvrons la voie à leur utilisation dans les dispositifs énergétiques et optoélectroniques. »
Selon le Dr Tristan Petit du Helmholtz-Zentrum Berlin, la nouvelle technique pourrait avoir un impact encore plus large. « Cela ouvre de nouveaux domaines de recherche qui étaient auparavant uniquement possibles avec de grandes installations coûteuses de rayons X », a-t-il déclaré. « Maintenant, nous pouvons réaliser des travaux similaires dans un laboratoire ordinaire, beaucoup plus rapidement. »
Les MXènes peuvent stocker et libérer de l’énergie électrique de manière extrêmement efficace, ce qui les rend prometteurs pour les batteries lithium-ion de prochaine génération et les batteries à état solide. Parce qu’ils sont minces et flexibles, les MXènes pourraient alimenter des dispositifs portables, des vêtements intelligents ou des appareils électroniques pliables. Cela rend également les MXènes idéaux pour une utilisation dans les supercondensateurs, des dispositifs qui fournissent des rafales de puissance rapide et se rechargent beaucoup plus rapidement que les batteries classiques.
Leur capacité à interagir avec la lumière et à conduire l’électricité rend également les MXènes utiles pour les cellules solaires et les systèmes photoélectrochimiques qui convertissent la lumière du soleil en énergie propre. En particulier, les MXènes pourraient améliorer la production d’hydrogène en agissant comme catalyseurs dans des réactions de division de l’eau.
Étant donné que les MXènes peuvent filtrer les métaux lourds et les sels de l’eau, les scientifiques les étudient pour des membranes de dessalement et des technologies de nettoyage de l’environnement. Les chercheurs étudient également les MXènes pour une utilisation potentielle dans des biosenseurs, des systèmes de distribution de médicaments et des diagnostics médicaux.
Comme l’a souligné le Dr Petit : « C’est une démonstration puissante de la manière dont la collaboration et la physique avancée peuvent accélérer la science des matériaux. Les MXènes ne sont que le début. »
