Les chercheurs de l'ETH Zurich ont développé un nouveau type de stratifié qui change de couleur dès que le matériau est déformé. Par ici, les matériaux que les chercheurs peuvent faire d'une pierre deux coups :un matériau composite léger qui s'auto-inspecte.

La construction légère a trouvé sa place dans de nombreux domaines, en particulier la fabrication automobile, construction navale et aéronautique. En plus des métaux légers traditionnels tels que l'aluminium, magnésium ou titane, les applications porteuses font de plus en plus appel à des matériaux composites. Cela entraîne un besoin simultané de développer de nouvelles techniques et méthodes pour la détection précoce des dommages ou même de la défaillance possible de matériaux encore peu étudiés.

Des chercheurs du Complex Materials Group de l'ETH Zurich, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Fribourg, ont maintenant adopté une approche qui a récemment attiré l'attention dans la recherche sur les matériaux :ils ont créé un matériau léger qui utilise un changement de couleur pour indiquer une déformation interne et donc une éventuelle défaillance du matériau à un stade précoce. Composé de couches individuelles, leur stratifié est translucide, incassable et pourtant très léger.

Nacre artificielle associée à du polymère

Le stratifié est composé de couches alternées d'un polymère plastique et de nacre artificielle ou de nacre. Cette dernière est une spécialité du Laboratoire des Matériaux Complexes et est calquée sur l'exemple biologique de la coquille de moule. Il se compose d'innombrables plaquettes de verre disposées en parallèle, qui sont compactés, fritté et solidifié à l'aide d'une résine polymère. Cela le rend extrêmement dur et incassable.

La deuxième couche est constituée d'un polymère auquel les chercheurs ont ajouté une molécule indicatrice synthétisée spécifiquement pour cette application à l'Université de Fribourg. La molécule est activée dès que le polymère subit des forces d'étirement, et cela change sa fluorescence. Plus le matériau s'étire et plus ces molécules sont activées, plus la fluorescence devient intense.

La fluorescence indique des pièces surchargées

"Nous avons utilisé des molécules fluorescentes car vous pouvez très bien mesurer l'augmentation de la fluorescence et vous n'avez pas à vous fier à la perception subjective, " dit Tommaso Magrini, auteur principal de l'étude, qui vient d'être publié dans la revue Matériaux et interfaces appliqués ACS . Le système aurait également pu être mis en place pour produire un changement de couleur qui serait directement perceptible de l'extérieur. Mais :« La perception des couleurs est subjective et il est difficile de tirer des conclusions sur l'évolution de la matière, " dit Magrini.

A l'aide de la fluorescence, les chercheurs peuvent désormais identifier les zones surchargées dans le matériau composite avant même que les fractures ne se forment. Cela permet une détection précoce des zones vulnérables dans une structure avant qu'une défaillance catastrophique ne se produise. Une application possible du nouveau stratifié est dans les composants des structures porteuses trouvées dans les bâtiments, aéronefs ou véhicules, où il est essentiel de détecter leur défaillance à un stade précoce.

Cependant, il reste à voir si et comment le matériau peut être produit à l'échelle industrielle. Jusque là, il n'existe qu'à l'échelle du laboratoire en tant que preuve de concept.