Des chercheurs ingénieurs de l’université des matériaux du Nebraska ont développé une structure de nanofibres qui présentent des propriétés exceptionnelles de souplesse et de résistance à la traction.
Photo : Microscopie électronique haute résolution à balayage montrant des nanofibres développées par les ingénieurs de l’Université de Nebraska-Lincoln qui peuvent être facilement alignées et empaquetées pour la remise et le traitement de diverses applications. ( ©Joel Brehm, Dimitry Papkov, Yuris Dzenis)
Dans les matériaux traditionnels, il est très difficile d’obtenir la combinaison de ces deux propriétés. On peut en effet produire des matériaux très résistants à la chaleur, comme le verre ou la céramique mais ceux-ci se brisent facilement sous l’effet d’un choc. A contrario, on sait produire des plastiques et caoutchoucs très souples mais qui auront une faible distance mécanique et thermique.
Les scientifiques américains ont réussi à produire un nouveau type de nanofibres en polyacrilonitrile (polymère synthétique dérivé de l’acrylique) exceptionnellement minces, en utilisant une technique appelée électrofilature.
Grâce à cette méthode, les nanofibres obtenues ont une structure moléculaire et cristalline modifiée qui leur confère une grande capacité d’absorption d’énergie et de résistance aux chocs.
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Cette nouvelle génération de nanofibres pourrait trouver de multiples applications dans de nombreux domaines, comme les transports, l’aviation, la défense ou la médecine.
« Tout ce qui est fait de matériaux composites peut être fait à partir de nos nanofibres », a déclaré le chef de l’équipe, Yuris Dzenis, professeur de génie mécanique et des matériaux et membre du Nebraska Center UNL pour les matériaux et nanosciences. «Notre découverte ajoute une nouvelle classe de matériaux à la famille actuelle très sélective des matériaux de grande capacité d’absorption et de résistance aux chocs. »
Dans les matériaux de structure, la sagesse conventionnelle veut que la force se fasse au détriment de la ténacité. La dureté d’un matériau est égale à la quantité d’énergie nécessaire pour le briser. Une plaque de céramique, par exemple, peut supporter multiple convives à table, mais se brise en cas de chute, car il manque de ténacité. Une balle de caoutchouc, par contre, est facilement écrasée, mais ne rompt pas. Typiquement, la force et la ténacité sont mutuellement exclusifs.
Dans un avion, qui utilise de nombreux matériaux composites, une rupture brutale pourrait provoquer un accident catastrophique. Pour compenser, les ingénieurs utilisent plus de matériel, ce qui rend les avions plus lourds.
Cette recherche a été financée par la National Science Foundation, le Bureau de la Force aérienne de la recherche scientifique et un bureau de l’US Army Research multidisciplinaire subvention Initiative de recherche de l’Université.
Photo 2 : Image en haute résolution de la microscopie électronique à balayage montrant des nanofibres fabriquées et étudiées par l’Université de Nebraska-Lincoln. (Photo © Joel Brehm, Yan Zou, Yuris Dzenis)
(Source : University of Nebraska-Lincoln – 23 avril 2013)
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