Vers des matériaux ultra-légers et de faible densité

Des chercheurs travaillent pour trouver comment obtenir des matériaux ultra-légers et de faible densité ayant des propriétés intéressantes pour l’isolation thermique, l’amortissement acoustique, des vibrations ou des chocs, des électrodes de batteries ou des systèmes catalytiques.

Dans ce domaine des ultra-légers, sous les 10 milligrammes par centimètre cube (0,9 mg/cm3), quelques produits comme des aérogels ou des mousses métalliques ont été réalisés. Tous ces matériaux ont cependant été formés à partir d’une architecture aléatoire qui ne leur permet souvent pas d’avoir les mêmes propriétés physiques que leurs équivalents plus massifs.

L’auteur principal de l’étude Tobias Schaedler et son équipe du laboratoire HRL de Malibu ont conçu une méthode pour fabriquer des matériaux métalliques à faible densité très légers à partir d’un maillage qui maintient les mêmes rigidité, force, absorption d’énergie et conductivité que les matériaux plus massifs. Ils ont réussi à fabriquer un matériau qui se compose de 99,99 % d’air tout en travaillant le 0,01% restant (solide) à l’échelle du nanomètre, du micron et du millimétre. «L’astuce est de fabriquer un treillis de tubes creux interconnectés avec une épaisseur de paroi 1.000 fois plus fines qu’un cheveu humain", a déclaré le Dr Tobias Schaedler.

Les chercheurs ont commencé par un photopolymère sous forme liquide, c’est-à-dire une molécule qui change de propriété lorsqu’elle est exposée à la lumière, qu’ils ont exposé à une lumière ultraviolette passant par un masque avec un motif. Ceci a produit un matériau avec un réseau tridimensionnel qu’ils ont recouvert d’un mince film de nickel- phosphore.

Ils ont ensuite éliminé la matrice en polymère, laissant apparaître le réseau avec des montants creux en nickel-phosphore. Ce micro-réseau métallique présente selon les chercheurs une récupération complète après une compression de plus de 50% et une absorption d’énergie comparable à celle des élastomères. Ces propriétés extraordinaires seraient dues à l’organisation structurale du matériau aux échelles nano, micro et millimétriques.

Développé pour le DARPA, le nouveau matériau pourrait être utilisé dans la fabrication d’électrodes de batteries, dans l’absorption d’énergie acoustique et vibratoire.

« Ultralight Metallic Microlattices » par T.A. Schaedler, A.J. Jacobsen, A.E. Sorensen et W.B. Carter de la HRL Laboratories Limited Liability Company à Malibu, CA ; A. Torrents et L. Valdevit de l’Université de Californie, Irvine à Irvine, CA ; J. Lian et J.R. Greer du California Institute of Technology à Pasadena, CA.