Les scientifiques ont trouvé une nouvelle façon de structurer le carbone à l'échelle nanométrique, créant une structure qui surpasse le diamant en termes de résistance et de densité.
Malgré le fait que la minuscule grille de carbone ait été fabriquée et testée en laboratoire, elle est encore très loin de son utilisation pratique. Mais cette nouvelle approche pourrait nous aider à créer à l'avenir des matériaux plus solides et plus légers, ce qui est d'un grand intérêt pour des industries telles que l'aérospatiale et l'aviation.
Ce dont nous parlons ici, c'est de quelque chose de connu sous le nom de structures nanolatiques – des structures poreuses comme celle de l'image ci-dessus, composées d'entretoises en carbone tridimensionnelles et d'armatures bouclées. Grâce à leur structure unique, ils sont incroyablement solides et légers.
Habituellement, ces nanolatics sont basés sur un cadre cylindrique (ils sont appelés nanolatiques de faisceau). Mais l'équipe a maintenant créé des nanolatiques lamellaires, des structures basées sur de minuscules lamelles.
Sur la base d'expériences et de calculs, l'approche lamellaire promet une augmentation de 639% de la résistance et une augmentation de 522% de la rigidité par rapport à la méthode des faisceaux nanostructurés.
Pour tester définitivement ces matériaux en laboratoire, les chercheurs ont utilisé un processus d'impression laser 3D sophistiqué appelé polymérisation à deux photons par écriture laser directe, qui utilise essentiellement des réactions chimiques soigneusement contrôlées au sein d'un faisceau laser pour graver des moules à la plus petite échelle.
En utilisant une résine liquide sensible aux UV, le procédé émet des photons sur la résine pour la transformer en un polymère solide d'une forme spécifique. Des étapes supplémentaires sont ensuite nécessaires pour éliminer l'excès de résine et chauffer la structure pour la maintenir en place.
Ce que les scientifiques ont pu faire ici, c'est en fait approcher la rigidité et la résistance théoriques maximales de ce type de matériau – les limites connues sous le nom de limites supérieures de Khashin-Shtrikman et Suke.
Comme le confirme un microscope électronique à balayage, ce sont les premières véritables expériences à montrer que des forces ultimes théoriques peuvent être atteintes, même si nous sommes encore loin de pouvoir fabriquer ce matériau à plus grande échelle.
En fait, une partie de la force du matériau réside dans sa petite taille: lorsque de tels objets sont comprimés à 100 nanomètres – mille fois moins que l'épaisseur d'un cheveu humain – les pores et les fissures deviennent de plus en plus petits, réduisant les défauts potentiels.
En ce qui concerne la façon dont ces nanolatiques peuvent être utilisées à terme, elles intéresseront certainement l'industrie aérospatiale – la combinaison de la résistance et de la faible densité les rend idéales pour les avions et les engins spatiaux.
La recherche a été publiée dans Nature Communications.
Sources: Photo: (Cameron Crook et Jens Bauer / UCI)
