Les fibres hautes performances qui ont été exposées à des températures élevées perdent généralement leurs propriétés mécaniques sans être détectées et, au pire des cas, peuvent se déchirer précisément lorsque des vies en dépendent. Par exemple, cordes de sécurité utilisées par les sapeurs-pompiers ou cordes de suspension pour les charges lourdes sur les chantiers. Les chercheurs de l'Empa ont maintenant développé un revêtement qui change de couleur lorsqu'il est exposé à des températures élevées par friction ou par le feu.

Le pompier se précipite dans le bâtiment en feu et recherche systématiquement, pièce par pièce, les personnes à secourir. Attaché à lui se trouve une corde de sécurité à l'autre extrémité de laquelle ses collègues attendent à l'extérieur devant le bâtiment. En cas d'urgence - s'il perd connaissance pour une raison quelconque - ils peuvent le sortir du bâtiment ou le suivre dans le bâtiment pour secourir. Cependant, si cette corde a été exposée à une chaleur excessive lors d'opérations précédentes, il peut se déchirer. Cela signifie danger de mort! Et jusqu'à présent, il n'y avait aucun moyen de remarquer ces dommages à la corde. Une équipe de chercheurs de l'Empa et de l'ETH Zurich a maintenant développé un revêtement qui change de couleur en raison de la réaction physique avec la chaleur, indiquant ainsi clairement si une corde continuera à fournir la sécurité qu'elle promet à l'avenir.

Des chercheurs de l'ETH Zurich et de l'Empa ont développé un système de revêtement en 2018 dans le cadre d'une thèse de master, que l'équipe de l'Empa est désormais en mesure d'appliquer aux fibres. "C'était un processus comportant plusieurs étapes, " déclare Dirk Hegemann du laboratoire Advances Fibers de l'Empa. Les premiers revêtements n'ont fonctionné que sur des surfaces lisses, la méthode a donc d'abord dû être adaptée pour qu'elle fonctionne également sur des surfaces courbes. L'Empa dispose d'un vaste savoir-faire dans le revêtement des fibres. Hegemann et son équipe ont déjà développé des fibres électriquement conductrices dans le passé (voir liens). Le processus dit de pulvérisation a également été appliqué avec succès au dernier revêtement.

Couches ultra-fines avec un grand effet

Trois couches sont nécessaires pour garantir que la fibre change réellement de couleur lorsqu'elle est chauffée. Les chercheurs appliquent de l'argent sur la fibre elle-même, dans ce cas PET (i.e. polyester) et VectranTM, une fibre de haute technologie. Cela sert de réflecteur, en d'autres termes, comme couche de base métallique. Elle est suivie d'une couche intermédiaire d'oxyde d'azote de titane, ce qui garantit que l'argent reste stable. Et alors seulement suit la couche amorphe qui provoque le changement de couleur :Germanium-antimoine tellure (GST), qui ne fait que 20 nanomètres d'épaisseur. Lorsque cette couche est exposée à des températures élevées, il cristallise, changer la couleur du bleu au blanc. Le changement de couleur est basé sur un phénomène physique appelé interférence. Deux ondes différentes (par exemple la lumière) se rencontrent et s'amplifient ou s'affaiblissent. Selon la composition chimique de la couche sensible à la température, ce changement de couleur peut être réglé sur une plage de température comprise entre 100 et 400 degrés et ainsi adapté aux propriétés mécaniques du type de fibre.

Des solutions sur mesure

Les domaines d'application possibles des fibres à changement de couleur sont encore ouverts, et Hegemann recherche actuellement d'éventuels partenaires de projet. En plus des équipements de sécurité pour les pompiers ou les alpinistes, les fibres peuvent également être utilisées pour les câbles de charge dans les installations de production, sur les chantiers, etc. Dans tous les cas, les recherches sur le sujet sont loin d'être terminées. Maintenant, il n'est pas encore possible de stocker les fibres pendant de longues périodes sans perdre leur fonctionnalité. "Malheureusement, les matériaux à changement de phase s'oxydent en quelques mois, " dit Hegemann. Cela signifie que le changement de phase correspondant - la cristallisation - n'a plus lieu, même avec la chaleur, et la corde perd ainsi son "signal d'avertissement". Dans tous les cas, il a été prouvé que le principe fonctionne, et la durabilité est un sujet de recherche future, dit Hegemann. « Dès que les premiers partenaires de l'industrie manifestent leur intérêt pour nos propres produits, les fibres peuvent être encore optimisées en fonction de leurs besoins."