Boffins revendique la découverte du premier liquide piézoélectrique

Une équipe de recherche de l’Université d’État du Michigan (MSU) a découvert un liquide qui, selon eux, « défie toute explication théorique simple » car il possède des caractéristiques piézoélectriques.

Alors que beaucoup de choses sur le liquide prétendument piézoélectrique restent un mystère – même pour les boffins qui l’ont découvert – de tels matériaux pourraient être utilisés pour créer des optiques à commande électrique ou même “un nouveau domaine de la piézo-hydraulique”, selon le professeur MSU Gary Blanchard, l’un des les deux auteurs de l’étude [PDF].

La piézoélectricité n’est pas quelque chose de nouveau. On connaît le phénomène – par lequel certains matériaux libèrent de l’électricité lorsqu’ils sont mis sous pression – depuis environ 1880. Les matériaux piézoélectriques sont également soumis à un effet piézoélectrique inverse, qui voit leurs dimensions changer lorsque l’électricité est appliquée.

Les cristaux de quartz et d’autres matériaux piézoélectriques couramment utilisés, comme le titanate de zirconate de plomb (PZT) et le titanate de baryum, peuvent être trouvés dans de nombreux produits de consommation. Les montres-bracelets à quartz, les amplificateurs, les transformateurs électriques et même les briquets utilisent ces matériaux.

Mais tous utilisent des substances piézoélectriques solides car – du moins jusqu’à la découverte de l’équipe de Blanchard – aucun liquide piézoélectrique n’avait été observé.

Entrez, sauce magique

Blanchard et son équipe ont découvert leur liquide piézoélectrique en travaillant avec une paire de sels liquides ioniques qui maintiennent leur état liquide à température ambiante. Blanchard a décrit les matériaux comme étant visqueux “comme l’huile de moteur ou le sirop d’érable” – dont le meilleur peut (selon cet ancien élève de la MSU et l’opinion du journaliste du Michigander) être trouvé dans l’État de Mitten.

Lorsque les matériaux ont été placés dans un cylindre et comprimés avec un piston, les deux ont généré de l’électricité proportionnelle à la force appliquée – ce qui, selon Blanchard, “nous a choqués”. (On suppose métaphoriquement.) L’équipe a également trouvé un effet dans le liquide qu’ils appellent le “gradient de densité de charge libre induite”, qui, selon eux, remplit l’effet piézoélectrique inverse requis des matériaux piézoélectriques.

Avant cette découverte, on croyait que les matériaux piézoélectriques n’étaient que cristallins et manquaient de symétrie d’inversion. Ces cristaux sont hautement ordonnés et, par conséquent, les chercheurs ne se sont pas donné la peine de rechercher de tels matériaux parmi les liquides, a déclaré Blanchard.

Pour cette raison, Blanchard et le co-auteur Iqbal Hossain essaient toujours de comprendre comment, exactement, la piézoélectricité peut se produire dans les liquides. Ils essaient également de déterminer si d’autres matériaux peuvent être plus conducteurs, car leurs tests ont abouti à un effet piézoélectrique “d’un ordre de grandeur inférieur à celui du quartz”.

Pour tester le potentiel d’applications pratiques, y compris l’optique, Blanchard et Hossain ont placé leurs liquides dans un récipient en forme de lentille. En le zappant avec de l’électricité, Blanchard a déclaré qu’ils étaient capables de changer la distance focale de l’objectif.

Au-delà de ces possibilités, la paire a déclaré dans son article que la découverte “nécessitera probablement quelques modifications [of current solid-state piezoelectric theory] pour tenir compte de [these] observations expérimentales.”

Les liquides comme ceux testés par Blanchard et Hossain sont également plus facilement recyclables et respectueux de l’environnement que les matériaux piézoélectriques à l’état solide, dont beaucoup contiennent du plomb. Mais ne nous précipitons pas : comme le dit Blanchard, « nous sommes en territoire inconnu ». ®