Les matériaux de blindage sont essentiels dans des environnements industriels modernes clés — tels que les vaisseaux spatiaux, les centrales nucléaires, les équipements semi-conducteurs et les dispositifs médicaux avancés — pour protéger à la fois les équipements et le personnel des ondes électromagnétiques et des radiations. En particulier, alors que l’exploration spatiale prend de l’ampleur — comme avec le lancement réussi d’Artemis 2 le 2 — l’importance d’une technologie de blindage de nouvelle génération capable de résister à des environnements extrêmes grandit. Cependant, les ondes électromagnétiques et les radiations neutroniques, qui peuvent provoquer des dysfonctionnements dans des composants clés comme les semi-conducteurs, ont des caractéristiques différentes et doivent être bloquées à l’aide de matériaux distincts. Cela a historiquement conduit à des problèmes tels qu’une augmentation du poids et de la complexité structurelle. Ces limitations représentent un fardeau encore plus grand dans l’industrie spatiale.
Pour relever ce défi, une équipe de recherche dirigée par le Dr Joo Yong-ho au Centre de recherche sur les matériaux de blindage pour environnements extrêmes de l’Institut coréen des sciences et technologies (KIST ; Président Oh Sang-rok) a proposé une nouvelle solution. L’équipe a développé le premier matériau de blindage composite innovant au monde capable de bloquer simultanément les ondes électromagnétiques et les neutrons à l’aide d’un seul film ultra-fin — plus fin qu’un cheveu humain — tout en étant extensible comme du caoutchouc et adapté à l’impression 3D.
La clé de ce matériau nouvellement développé réside dans la combinaison de deux types de nanotubes. Les nanotubes de carbone (CNT), hautement conducteurs, absorbent et réfléchissent les ondes électromagnétiques, tandis que les nanotubes de nitrure de bore (BNNT), riches en bore, capturent efficacement les neutrons. En particulier, comme les deux matériaux forment naturellement une « structure en coquille » dans laquelle ils s’enveloppent mutuellement, un seul film est désormais capable de bloquer simultanément les deux types de dangers. En conséquence, le matériau atteint des performances qui bloquent 99,999 % des ondes électromagnétiques et réduisent les neutrons d’environ 72 %, même à une épaisseur inférieure à celle d’un cheveu humain.
Sa sophistication technique est également remarquable. Ce matériau possède une élasticité exceptionnelle, maintenant ses performances même lorsqu’il est étiré à plus du double de sa longueur d’origine, et peut être imprimé en 3D en diverses formes, comme des structures en nid d’abeille. En fait, il a été confirmé que la structure en nid d’abeille offre jusqu’à 15 % de meilleures performances de blindage que les matériaux plats de même épaisseur. De plus, il a prouvé sa durabilité, résistant à des températures allant de -196°C à 250°C, ce qui le rend adapté à une utilisation stable même dans des environnements extrêmes comme l’espace.
Cette recherche dépasse le développement d’un seul matériau pour ouvrir de nouvelles possibilités dans toute l’industrie. Avec la capacité de bloquer simultanément les ondes électromagnétiques et les radiations à l’aide d’un seul matériau, il est devenu possible d’atteindre à la fois une conception simplifiée et une réduction de poids dans divers domaines, y compris les satellites, les stations spatiales, les installations nucléaires, les équipements de traitement du cancer et les équipements de protection portables. En particulier, la conception de structures de blindage personnalisées combinée à l’impression 3D est une technologie clé qui transformera les paradigmes des industries spatiale, énergétique et médicale à l’avenir.
Le Dr Joo Yong-ho du KIST a déclaré : « Ce matériau représente un concept complètement nouveau dans la technologie de blindage — il est aussi fin qu’un ruban et aussi flexible que du caoutchouc, tout en bloquant simultanément les ondes électromagnétiques et les radiations. » Il a ajouté : « Cette technologie est importante pour sécuriser les matériaux avancés et établir l’infrastructure de production nationale nécessaire à la concrétisation de l’ère spatiale. Nous prévoyons d’améliorer encore ses performances grâce à l’optimisation de la conception structurelle et de poursuivre activement son application dans des environnements industriels réels. »
Article : Ultrathin, Stretchable, and 3D-Printable Complementary Nanotubes-Polymer Composites for Multimodal Radiation Shielding in Extreme Environments – Journal : Advanced Materials – DOI : Lien vers l’étude
Source : KIST
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