(Phys.org) —Dans une première mondiale, une équipe de chercheurs australiens, La Chine et les États-Unis ont créé un composite métallique super résistant en exploitant les propriétés mécaniques extraordinaires des nanofils.
Co-auteur et directeur de l'École de génie mécanique et chimique de l'Université d'Australie occidentale, Professeur Winthrop Yinong Liu, a déclaré que le travail a efficacement surmonté un défi qui a frustré les meilleurs scientifiques et ingénieurs du monde pendant plus de trois décennies, surnommé la "vallée de la mort" dans la conception nanocomposite.
"Nous savons que les nanofils présentent des propriétés mécaniques extraordinaires, en particulier des ultra hautes résistances de l'ordre de plusieurs gigapascals, approche des limites théoriques. Avec le développement rapide de notre capacité à produire plus de variété, plus en quantité et mieux en forme et taille de nanofils, la possibilité de créer des matériaux composites d'ingénierie en vrac renforcés par ces nanofils est devenue élevée, " dit le professeur Liu. Cependant, toutes les tentatives à ce jour n'ont pas réussi à réaliser les propriétés extraordinaires des nanofils dans les matériaux en vrac.
Le professeur Liu dit que le problème vient de la matrice :« Dans un composite à matrice métallique-nanofil normal, lorsque nous tirons le composite à une contrainte très élevée, les nanofils subiront une grande déformation élastique de plusieurs pour cent. C'est OK pour les nanofils, mais les métaux normaux qui forment la matrice ne le peuvent pas. Ils peuvent s'étirer élastiquement jusqu'à pas plus de 1 pour cent. Au-delà de ça, la matrice se déforme plastiquement, " il a dit.
La déformation plastique endommage la structure cristalline à l'interface entre les nanofils et la matrice. À cet égard, les propriétés du composite sont limitées par les propriétés de la matrice ordinaire, et non déterminé par les propriétés extraordinaires des nanofils.
"Le truc, c'est avec la matrice NiTi, " a déclaré le professeur Liu. " Le NiTi est un alliage à mémoire de forme, un nom fantaisiste mais pas totalement nouveau. Il n'est pas plus fort que les autres métaux communs mais il a une propriété particulière qui est sa transformation martensitique. La transformation peut produire une déformation compatible avec la déformation élastique des nanofils sans endommager plastiquement la structure du composite. Cela donne effectivement aux nanofils une chance de faire leur travail, C'est, supporter la charge élevée et être super fort. Avec cela, nous avons traversé la « vallée de la mort » !", a déclaré le professeur Liu.
En utilisant cette idée, les chercheurs ont créé des matériaux composites deux fois plus résistants que les aciers à haute résistance, qui ont des limites de déformation élastique jusqu'à six pour cent - ce qui est 5 à 10 fois supérieur aux déformations élastiques des meilleurs aciers à ressort actuellement disponibles - et un module de Young d'environ 30 GPa, qui est inégalée par tous les matériaux d'ingénierie jusqu'à présent.
Cette percée ouvre la porte à une gamme d'applications nouvelles et innovantes. Le module de Young très faible correspond à celui de l'os humain, ce qui en fait un bien meilleur matériau pour les applications médicales comme les implants, par exemple. La capacité de produire et de maintenir des contraintes élastiques extrêmement importantes offre également une opportunité sans précédent pour "l'ingénierie des contraintes élastiques", ce qui pourrait conduire à des améliorations de nombreuses propriétés fonctionnelles des matériaux solides, comme l'électronique, optoélectronique, piézoélectrique, piézomagnétique, propriétés de détection photocatalytique et chimique.
"Un nanocomposite métallique en transformation avec une grande contrainte élastique, Low Modulus and High Strength" a été publié dans la revue Science .
