L’isolation thermique du futur pourrait être plus légère, plus durable et capable de résister à des conditions extrêmes. Des chercheurs ont mis au point une technique évolutive pour développer des matériaux fibreux ultralégers, les aérogels fibreux d’alumine/zircone (AZFA), qui pourraient révolutionner l’isolation thermique dans diverses industries.
Les aérogels céramiques, comme les aérogels de silice monolithiques, sont connus pour être des matériaux solides ultralégers avec une densité cinq à dix fois supérieure à celle de l’air. Ces matériaux ont suscité un énorme intérêt en raison de leur dureté avantageuse et de leurs performances d’isolation thermique inégalées.
Les aérogels ultra-poreux traditionnels souffrent à contrario de fragilité, de dégradation structurelle, d’absorption d’humidité, etc., les rendant pratiquement impossibles à utiliser dans la plupart des applications.
L’équipe de Nanomaterials by Design de l’Université d’Oxford a abordé ces limitations en utilisant une technique innovante appelée électrofilage sol-gel 3D pour créer des aérogels ultralégers, flexibles et assemblés en fibres. Cette nouvelle approche permet la formation in situ d’assemblages de fibres 3D avec une réduction significative du temps de traitement et un faible coût de traitement par rapport aux méthodes existantes, offrant une solution évolutive et rentable pour la production d’isolants thermiques avancés.
Des performances exceptionnelles
Les matériaux aérogels fibreux (AZFA) présentent une densité ultra-faible jusqu’à 3,4 mg cm-3, une flexibilité et une élasticité supérieures, ainsi que des conductivités thermiques inférieures à celles de l’air – une combinaison de mérites qui surpasse la plupart des isolants actuels. Ce qui distingue également l’AZFA, c’est sa capacité à rester très flexible même à des températures extrêmement élevées, jusqu’à 1300 °C, et à ne pas fondre ou se souder même à 1500 °C, ce qui en fait un élément clé pour les industries opérant dans des conditions de chaleur extrême.
«Le secret de la tolérance thermique de l’AZFA réside dans sa microstructure unique, chaque fibre étant constituée de zircone nanocristalline et d’alumine amorphe. De plus, l’extraordinaire résilience mécanique est conférée par le réseau de fibres 3D hautement enchevêtré et continu», explique le Dr Barbara Maciejewska, qui a co-supervisé l’étude.
Des applications prometteuses
Shiling Dong, l’auteur de l’article, souligne que «l’un des objectifs de ce travail est de résoudre le problème de la sensibilité à l’humidité de la plupart des aérogels existants. Nous avons créé des matériaux hydrophobes autonettoyants qui sont durables dans des environnements humides et peuvent même être utilisés comme boucliers thermiques sous l’eau, prometteurs pour, par exemple, les pipelines de pétrole sous-marins. Ces matériaux fibreux ont également des propriétés d’absorption sélective qui les rendent idéaux pour éliminer les solvants organiques de l’eau.»
La professeure Nicole Grobert, du département des matériaux de l’Université d’Oxford, estime que «le développement de la technique d’électrofilage sol-gel 3D et la production de ces fibres céramiques ultralégères innovantes représentent une avancée majeure dans le domaine de l’isolation thermique.»
En synthèse
Alors que les industries recherchent des solutions innovantes pour répondre au besoin croissant d’une meilleure isolation, les aérogels fibreux d’alumine/zircone ouvrent de nouvelles possibilités. Cette découverte a le potentiel de transformer les industries en fournissant une isolation fiable dans les conditions les plus difficiles, améliorant ainsi l’efficacité énergétique et la sécurité dans divers secteurs.
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Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que l’AZFA ?
L’AZFA, ou aérogel fibreux d’alumine/zircone, est un matériau ultraléger et flexible développé par des chercheurs de l’Université d’Oxford. Il présente des propriétés d’isolation thermique exceptionnelles et peut résister à des températures extrêmes.
2. Comment l’AZFA a-t-il été créé ?
Les chercheurs ont utilisé une technique innovante appelée « électrofilage sol-gel 3D » pour créer des aérogels ultralégers, flexibles et assemblés en fibres. Cette méthode permet la formation in situ d’assemblages de fibres 3D de manière rentable et évolutive.
3. Quels sont les avantages de l’AZFA par rapport aux autres isolants thermiques ?
L’AZFA présente une densité ultra-faible, une flexibilité et une élasticité supérieures, ainsi que des conductivités thermiques inférieures à celles de l’air. Il peut également résister à des températures extrêmement élevées et ne pas fondre ou se souder même à 1500 °C.
4. Quelles sont les applications potentielles de l’AZFA ?
L’AZFA pourrait être utilisé dans diverses industries, notamment l’automobile, la construction de gratte-ciels, l’aéronautique et l’aérospatiale. Il pourrait également être utilisé comme bouclier thermique sous l’eau pour les pipelines de pétrole sous-marins et pour éliminer les solvants organiques de l’eau.
5. Quelle est la prochaine étape pour l’AZFA ?
Les chercheurs continueront à étudier et à développer l’AZFA pour améliorer encore ses propriétés et explorer de nouvelles applications potentielles. L’objectif est de transformer les industries en fournissant une isolation fiable dans les conditions les plus difficiles, améliorant ainsi l’efficacité énergétique et la sécurité.
Légende illustration principale : Lavage des contaminants d’un aérogel céramique hydrophobe autonettoyant. (Image : Shiling Dong)
Cette étude a été acceptée par Advanced Composites and Hybrid Materials : « 3D Electrospinning of Al2O3/ZrO2 Fibrous Aerogels for Multipurpose Thermal Insulation« .
