Des chercheurs créent accidentellement l’un des matériaux les plus stables thermiquement

Alors qu’ils effectuaient des recherches sur des batteries, des scientifiques australiens ont découvert par hasard un matériau composite présentant une capacité phénoménale à résister à la chaleur.

Une expansion thermique nulle jusqu’à 1 400 °C

Le volume d’un matériau augmente avec sa température : un phénomène connu sous le nom de dilatation thermique. Cette expansion ou contraction thermique est proportionnelle au changement de température et est atténuée par les coefficients de dilatation thermique propres à chaque matériau. Pour une même augmentation de température, l’aluminium se dilate davantage que le cuivre, qui se dilate plus que l’or, se dilatant lui-même plus que le fer, et ainsi de suite. En réponse à la température, il est également normal que certaines propriétés du matériau (résistance, dureté, élasticité) soient altérées.

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Cependant, certains matériaux sont thermiquement stables, ce qui signifie qu’ils peuvent conserver leurs propriétés aux températures requises pendant une période prolongée. Une stabilité thermique à haute température se révélant particulièrement souhaitable dans les industries automobile, marine et aérospatiale.

Dans le cadre de travaux présentés dans la revue Chemistry Materials, des chercheurs de l’université de Nouvelle-Galles du Sud ont découvert l’un des matériaux les plus thermiquement stables au monde. À l’aide d’instruments de pointe tels que le synchrotron australien et le centre australien de diffusion des neutrons de l’organisation australienne des sciences et technologies nucléaires, l’équipe a montré que ce mélange de scandium, d’aluminium, de tungstène et d’oxygène ne changeait pas de volume même lorsqu’il était chauffé à près de 1 400 °C.

Les chercheurs n’ont signalé que d’infimes changements dans les liaisons et les rotations des atomes de la structure du matériau Sc1.5 Al0.5W3O12, s’avérant par ailleurs facile à synthétiser. Selon eux, la large disponibilité des oxydes d’aluminium et de tungstène permet d’envisager une production à grande échelle pour une utilisation dans des instruments mécaniques de haute précision, des mécanismes de contrôle, des composants aérospatiaux et des implants médicaux.

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« Déterminer quelle partie agit à quelle température constituera la prochaine étape de nos travaux »

Fait remarquable, les propriétés du matériau composite ont été découvertes par hasard, alors que les chercheurs étaient occupés à d’autres travaux. « La capacité thermique hors normes de cette composition particulière a été observée dans le cadre de nos recherches sur les batteries, à des fins non liées », explique Neeraj Sharma, auteur principal de l’étude.

Dans les mois qui viennent, Sharma et ses collègues prévoient d’analyser la contribution individuelle de chaque élément du matériau composite. « Déterminer quelle partie agit à quelle température constituera la prochaine étape de nos travaux », souligne le chercheur. « Le scandium se révèle plus rare et plus coûteux, mais nous testons actuellement d’autres éléments qui pourraient le remplacer sans impacter la stabilité du matériau. »