Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo ont récemment synthétisé un nouveau matériau qui présente des propriétés de dilatation thermique uniques. La méthode utilisée par les scientifiques permet la production d'un oxyde cristallin unique contenant du zirconium, soufre, et phosphore, qui présente deux mécanismes distincts de dilatation thermique négative. C'est le premier matériau connu à montrer cette propriété et son application peut aider à éviter d'endommager les matériaux composites, tels que les composants de puces informatiques, face à des changements de température inattendus.

La plupart des matériaux ont tendance à se dilater lorsqu'ils sont chauffés, au fur et à mesure que les atomes se séparent. L'expansibilité des matériaux sous la chaleur est mesurée à l'aide du coefficient de dilatation thermique (CTE). La plupart des matériaux actuels de qualité industrielle ont un CTE positif, ce qui les rend moins performants lorsqu'ils sont soumis à des températures plus « extrêmes ». Cependant, certains matériaux subissent l'effet inverse, rétrécissement à des températures plus élevées. Ce procédé inhabituel, connu sous le nom de dilatation thermique négative, peut aider à résoudre le problème des dommages causés par la chaleur aux matériaux composites.

Une équipe de scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo dirigée par le professeur associé Toshihiro Isobe a étudié des matériaux à CTE négatif. Comme l'explique le Dr Isobe, "Le comportement de dilatation thermique négative peut être principalement attribué à deux types de mécanismes, transition de phase et mécanisme de type cadre." Ces deux mécanismes ont trouvé une application industrielle car ils ont tous deux des avantages et des inconvénients. Les matériaux de type transition de phase ont des CTE négatifs importants mais des plages de températures utilisables étroites, ce qui limite leur utilisation opérationnelle, notamment comme charges dans les matériaux composites. Matériaux de type charpente, d'autre part, montrer un retrait thermique sur une large plage de températures, mais parce qu'ils ont de petites valeurs absolues de CTE, ils sont nécessaires en grande quantité pour obtenir le résultat souhaité. Pendant des années, les scientifiques ont cherché un compromis approprié entre les deux, mais des matériaux capables de subir les deux mécanismes de dilatation thermique négative n'ont jamais été rapportés, jusqu'à maintenant.