Considéré comme l’un des matériaux les plus durs trouvables sur Terre, le diamant sert de référence à de nombreuses recherches visant à créer des structures surpassant sa solidité. Récemment, des chercheurs de l’université de Californie à Irvine (UCI) sont parvenus à créer une structure de carbone à l’échelle nanométrique présentant un rapport résistance/densité bien plus élevé.

Délaisser l’agencement cylindrique au profit d’une disposition en plaques

Présentée dans la revue Nature Communications, cette conception innovante repose sur des structures poreuses composées d’entretoises et d’armatures, organisées en un réseau tridimensionnel offrant un rapport résistance/densité remarquable. Explorée depuis des décennies, cette approche impliquait jusqu’à présent l’utilisation d’armatures disposées de manière cylindrique. Les chercheurs américains responsables de cette nouvelle avancée l’attribuent à l’abandon de cet agencement au profit d’une disposition en plaques.

« Les conceptions précédentes, bien que d’un grand intérêt, se révélaient largement moins efficaces en termes de propriétés mécaniques », explique Jens Bauer, auteur principal de l’étude. « La nouvelle classe de nanostructures en plaques que nous avons créée se révèle considérablement plus résistante et rigide. »

Toutefois, si cette nouvelle approche était censée offrir une résistance bien supérieure sur le papier, la concevoir a représenté un véritable défi pour les chercheurs. Pour ce faire, ceux-ci ont eu recours à une technique d’impression 3D complexe, impliquant l’utilisation d’un faisceau laser focalisé à l’intérieur d’une gouttelette de résine liquide sensible à la lumière ultraviolette, afin de la transformer en polymère solide, pouvant ensuite être travaillé pour créer des plaques microscopiques d’une taille de 160 nanomètres seulement.

Illustration montrant la structure nanométrique développée par les scientifiques de l’université de Californie à Irvine

Un matériau aux performances mécaniques sans précédent

De minuscules trous dans les plaques ont permis d’éliminer l’excédent de résine de la structure (voir image ci-dessous), qui a ensuite été soumise à une pyrolyse, réalisée sous vide et impliquant que celui-ci soit chauffé pendant une heure à 900 °C.

Selon les chercheurs américains, la nanostructure de carbone obtenue grâce à cette approche présentait une résistance moyenne jusqu’à 639 % supérieure à celle des architectures cylindriques, tandis que sa rigidité se révélait en moyenne 522 % supérieure.

— Production Perig / Shutterstock.com

« Si les performances théoriques de ces structures avaient été prédites auparavant, nous avons été la première équipe de recherche à les confirmer au travers d’expériences concrètes nous ayant permis de mettre au point un matériau aux performances mécaniques sans précédent », a notamment déclaré Lorenzo Valdevit, ayant participé aux recherches.

D’après les auteurs de l’étude, ce type de nanostructures pourrait notamment trouver des applications dans le domaine de l’aérospatiale, où les ingénieurs sont continuellement à la recherche de matériaux de faible densité offrant une grande résistance.

© Cameron Crook and Jens Bauer / UCI / Nature Creative Commons

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Le graphene c’est pas nouveau.