Les mousses métalliques développées par les scientifiques des matériaux Stefan Diebels et Anne Jung de l'Université de la Sarre Strong sont suffisamment solides pour être utilisées dans les systèmes de protection contre les chocs dans les voitures, et sont capables d'absorber les ondes de choc produites par une détonation. Leur super léger, les mousses métalliques extrêmement résistantes peuvent être personnalisées pour une large gamme d'applications.

L'inspiration pour le nouveau système de mousse est venue des os. Grâce à un procédé de revêtement breveté, l'équipe de Sarrebruck a fabriqué de manière très stable, mousses métalliques poreuses utilisables, par exemple, dans les projets de construction légère. Le substrat de treillis initial est soit une mousse d'aluminium ou de polymère, pas différent d'une éponge de cuisine. L'équipe de recherche et la start-up que leurs travaux ont engendrée (Mac Panther Materials GmbH, Brême, Allemagne) sera à Hannover Messe, où ils présenteront leur processus du 1er au 5 avril sur le stand de la recherche et de l'innovation de la Sarre (Hall 2, Stand B46).

Les os sont l'un des nombreux développements ingénieux de la nature. Ils sont solides et stables et peuvent supporter des charges presque aussi bien que l'acier. Mais malgré leur force, les os sont incroyablement légers. Le secret réside dans la combinaison d'une coque extérieure dure qui enveloppe un matériau poreux, réseau de tissu osseux en forme de treillis à l'intérieur de l'os. Cette structure économise du matériel et réduit le poids. Les mousses métalliques imitent ces structures osseuses naturelles.

Les mousses synthétiques sont poreuses, structures à cellules ouvertes fabriquées à partir de métaux et qui ont l'apparence d'une éponge. Les mousses métalliques actuellement disponibles sont convenablement légères, mais le processus de production est compliqué et coûteux. La stabilité des structures existantes en mousse de type éponge est encore trop faible et pas assez résistante pour de nombreuses applications. C'est le cas de la mousse d'aluminium, qui est le type le plus courant produit aujourd'hui. "C'est la raison pour laquelle les mousses métalliques n'ont jusqu'à présent pas eu d'impact réel sur le marché, " explique le scientifique des matériaux Stefan Diebels, professeur de mécanique appliquée à l'Université de la Sarre.

Son équipe de recherche a trouvé un moyen de renforcer considérablement la structure en treillis des mousses métalliques, produire un poids léger, matériau extrêmement stable et polyvalent. Diebels et la scientifique des matériaux, le Dr Anne Jung, ont mis au point une procédure brevetée pour le revêtement des montants individuels qui composent le réseau intérieur à cellules ouvertes. Par conséquent, l'extérieur de la mousse est plus solide et plus stable, et la structure est maintenant capable de résister à des charges extrêmes. Cependant, la mousse traitée reste étonnamment légère.

L'équipe a commencé par utiliser des mousses d'aluminium, mais utilisent maintenant des mousses de polyuréthane bon marché dont la résistance vient entièrement du mince revêtement métallique appliqué à la structure en treillis. "Les mousses métalliques résultantes ont une faible densité, une grande surface mais un petit volume. Par rapport à leur poids, ces mousses sont extrêmement résistantes et rigides, " dit Stefan Diebels. En effet, ils sont si résistants qu'ils sont utilisés comme barrières mobiles pour se protéger des ondes de choc causées par les explosions. Même lorsqu'ils sont exposés à des détonations sous-marines, les mousses « avalent » simplement les ondes sonores et de pression qui en résultent, protégeant ainsi les organismes marins sensibles des effets de ces puissantes ondes de choc.

« La plupart des applications sur lesquelles nous nous concentrons sont généralement moins spectaculaires, comme l'utilisation de nos mousses en construction légère, " explique le Dr Anne Jung, chercheur principal dans le groupe de Diebels.

De nombreux produits peuvent être rendus plus légers et plus stables en s'inspirant de l'ingéniosité de la conception de la nature. Par exemple, les structures porteuses dans les voitures et les avions pourraient être fabriquées à partir de la mousse métallique. « Ils peuvent être installés en renfort dans la carrosserie, tout en offrant une protection contre les chocs. Les entretoises peuvent absorber de grandes quantités d'énergie et sont capables d'absorber la force d'une collision lorsque des parties du noyau poreux se rompent sous l'impact, " explique Anne Jung.

Les domaines d'application de ces mousses sont nombreux, comme en catalyse, le matériau étant poreux et laissant ainsi passer les liquides et les gaz, ou pour l'absorption des chocs ou comme bouclier thermique, car les mousses présentent une excellente résistance à la chaleur. Le matériau en mousse peut également être utilisé pour le blindage électromagnétique ou dans des applications architecturales, où il trouve une utilisation comme revêtement insonorisant ou comme élément de conception de bâtiment.

Le revêtement est appliqué dans un bain de galvanoplastie. L'aspect le plus difficile du processus de galvanoplastie consistait à obtenir un revêtement uniforme de la couche ultrafine sur tout l'intérieur de la structure en mousse. "Le problème, " explique Anne Jung, "c'est que la mousse métallique agit comme une cage de Faraday." Comme l'intérieur de la mousse est entouré d'un matériau électriquement conducteur, le courant électrique et donc le revêtement est détourné vers l'extérieur du corps en mousse et ne traverse pas l'intérieur de la mousse - c'est similaire à ce qui se passe lorsque la foudre frappe une voiture. La percée est venue quand Anne Jung a décidé d'utiliser une cage d'anode spéciale, qui lui permet d'appliquer un uniforme, revêtement nanocristallin sur l'ensemble du réseau réticulaire. « La méthode brevetée fonctionne également à l'échelle industrielle avec des mousses de très grandes surfaces, " ajoute Jung.

L'équipe de Sarrebruck est l'auteur de nombreux articles scientifiques importants dans le domaine, et est maintenant considéré comme l'un des principaux groupes de recherche au monde dans la caractérisation micromécanique de ces réseaux métalliques poreux. À l'aide d'un ensemble d'expériences, simulation, essais de traction et de compression, microscopie optique et tomodensitométrie à rayons X, l'équipe de recherche a examiné la structure, la géométrie des pores et la courbure des entretoises et ont montré comment la variation de l'épaisseur du nanorevêtement peut conférer différentes propriétés aux matériaux en mousse. En faisant varier la composition du revêtement, son épaisseur ou la taille des pores, l'équipe est en mesure de personnaliser les mousses pour répondre aux différents besoins des applications. Par exemple, le nanorevêtement de la structure en treillis à cellules ouvertes avec du nickel produit des mousses particulièrement résistantes, avec le cuivre, le matériau en mousse présente une conductivité thermique élevée, avec l'argent, ils ont de bonnes propriétés antibactériennes, et avec l'or la mousse est très décorative. Le groupe de recherche de Sarrebruck, qui comprend des étudiants et des doctorants, continuent de travailler sur l'optimisation du processus de production et du matériau lui-même.

Afin de faciliter l'application commerciale et industrielle de leurs résultats de recherche, les chercheurs de Sarrebruck ont ​​participé à un projet pilote de transfert de technologie avec le bureau de transfert des connaissances et de la technologie de l'Université de la Sarre (KWT) et les partenaires externes de la start-up Dr Andreas Kleine et Michael Kleine, et ont créé la société Mac Panther Materials GmbH dont le siège est à Brême. Le Dr Jung et le professeur Diebels ont tous deux une participation dans la nouvelle société, tout comme la société de transfert de connaissances et de technologie WuT de l'Université de la Sarre.