Conception multi-échelle d'un aérogel nanofibreux céramique hypocristallin. a, Modes de déformation et ν et α correspondants des cellules fibreuses céramiques cristallines (C), amorphes (A) et hypocristallines (H) sous excitations mécaniques et thermiques. La barre d'échelle colorée indique la variation de la céramique de l'amorphe au cristal en utilisant une empreinte digitale basée sur l'entropie locale pour caractériser la cristallinité de chaque atome dans le système simulé. b, Illustration de la conception de l'architecture en zig-zag à base de céramique fibreuse hypocristalline. Les unités des barres d'échelle colorées sont les millimètres, présentant des valeurs de déplacement absolues dans le calcul de ν et α. Les cellules triangulaires, carrées et pentagonales sont les unités de construction pour assembler la structure fibreuse de l'aérogel. Crédit :Nature (2022). DOI :10.1038/s41586-022-04784-0
Une équipe de chercheurs de l'Institut de technologie de Harbin, en Chine, en collaboration avec un collègue aux États-Unis, a développé un nouveau type d'aérogel à utiliser dans les applications de matériaux d'isolation thermique flexibles. Dans leur article publié dans la revue Nature , le groupe décrit comment ils ont fabriqué leur aérogel et à quel point cela a fonctionné lorsqu'une chaleur extrême a été appliquée.
Des travaux antérieurs ont montré que les aérogels fabriqués à partir de matériaux céramiques fonctionnent très bien comme isolants thermiques - leurs très faibles densités ont une conductivité thermique très faible. Mais ces matériaux sont fragiles, ce qui les rend indisponibles pour une utilisation dans des applications de matériaux flexibles, telles que des combinaisons pour pompiers. Ils ont également tendance à se décomposer lorsqu'ils sont exposés à des températures très élevées. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont développé une méthode de fabrication d'un aérogel à base de céramique qui peut être utilisé dans des applications flexibles et qui ne se décompose pas non plus lorsqu'il est exposé à des températures très élevées.
Pour créer leur aérogel, les chercheurs ont adopté une nouvelle approche - ils ont poussé un précurseur de zirconium-silicium, à l'aide d'une seringue en plastique, dans une chambre à flux d'air turbulent - une approche d'électrofilature qui a produit un matériau céramique ressemblant à de la barbe à papa. Ils ont ensuite plié le matériau résultant en un motif en zigzag et l'ont chauffé à 1100°C. Le chauffer de cette manière a changé la texture du matériau d'un état vitreux à un nanocristal. L'étude du matériau résultant à l'aide d'un spectroscope a montré que leur approche avait abouti à la création d'un matériau avec des morceaux nanocristallins intégrés dans une matrice de zircon amorphe - un aérogel flexible fabriqué à l'aide d'une céramique qui n'était pas susceptible de se décomposer à des températures élevées.
Les chercheurs ont testé le matériau en l'utilisant pour isoler un tube de carburant d'avion et en appliquant un chalumeau au butane pendant cinq minutes. Ils ont constaté que l'utilisation d'une barrière polyimide générique permettait aux températures dans le tube d'atteindre 267° C, tandis qu'un aérogel conventionnel maintenait la température à 159° C et que le nouveau gel la maintenait à seulement 33° C. Ils ont également constaté que le matériau était suffisamment flexible pour permettre une utilisation dans des chiffons souples, tels que ceux utilisés pour fabriquer des vêtements de protection pour les pompiers.
© 2022 Réseau Science X Le bois intégré à l'aérogel offre une meilleure isolation que les matériaux à base de plastique existants
