De gauche à droite :Silice poreuse, avec une taille de pores moyenne de quelques microns vue au 5 microns, Échelle 20 microns et 50 microns.
(Phys.org) —Ingénieurs de l'Université de Californie, San Diego développe des nano-mousses qui pourraient être utilisées pour fabriquer de meilleurs gilets pare-balles; prévenir les lésions cérébrales traumatiques et les lésions pulmonaires liées aux explosions chez les soldats ; et protéger les bâtiments des impacts et des explosions. C'est la première fois que des chercheurs étudient l'utilisation de nano-mousse pour la protection structurelle.
"Nous développons des nanomousses qui aident à disperser la force d'un impact sur une zone plus large, " dit Yu Qiao, professeur d'ingénierie structurelle à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego. "Ils sembleront moins rigides mais seront en réalité plus résistants que les mousses ordinaires."
Les chercheurs sont dans la première année d'un programme de trois ans financé par l'Army Research Office. "Nous obtenons des résultats prometteurs, " dit Qiao. Cang Zhao, un doctorat étudiant dans le groupe de recherche de Qiao, présentera les résultats à Research Expo le 18 avril sur le campus de l'UC San Diego.
Le banc d'essai du pistolet à gaz utilisé pour tester les nanomousses.
Les nanomousses sont constituées d'un nid d'abeilles, ou poreux, structure et sont très légers - les pores représentent de 50 à 80 pour cent de la structure. Les chercheurs ont essayé de déterminer la taille optimale des pores pour absorber l'énergie des impacts. Ils ont fabriqué des échantillons avec des tailles de pores allant de 10 nanomètres à 10 microns. Les résultats préliminaires montrent que lorsque la taille des pores atteint des dizaines de nanomètres, le matériau semble fonctionner le mieux. Ces échantillons absorbent l'énergie d'un impact ou d'une explosion sur une zone plus large, ce qui rend le matériau plus résistant aux chocs et aux explosions. Par contre, dans des mousses ordinaires, l'énergie est absorbée dans une zone localisée, conduisant à un échec rapide. Ce problème est appelé « localisation des dommages » et signifie que les mousses ordinaires ne fonctionnent pas bien pour protéger contre les impacts ou les explosions.
Les matériaux sont testés dans le laboratoire de Qiao à l'école Jacobs. Les échantillons sont placés dans un banc d'essai alimenté par un pistolet à gaz et soumis à des impacts de plus en plus forts. Les chercheurs ont ensuite placé les échantillons sous un microscope électronique à balayage pour examiner les dommages. Ils utilisent une analyse approfondie des données pour déterminer la quantité d'énergie absorbée par les nanomousses lors des tests d'impact.
Les échantillons sont également fabriqués dans le laboratoire de Qiao. Les chercheurs mélangent d'abord deux matériaux au niveau moléculaire, puis ils utilisent une gravure acide ou une combustion pour éliminer l'un des deux matériaux, créer des canaux vides à l'échelle nanométrique dans le processus. Actuellement, le matériau est durci à sec. Au cours des deux années suivantes, les chercheurs prévoient d'appliquer des principes similaires pour fabriquer et tester des nanomatériaux métalliques et polymères.
"Les gens cherchent à prévenir les dommages causés par les impacts depuis plus de cent ans, ", a déclaré Qiao. "J'espère que ce concept pourra apporter une nouvelle solution."
