La poudre est extrêmement bien adaptée à l'isolation thermique lorsqu'elle contient un fouillis de nanoparticules de différentes tailles. Cela a été découvert par un groupe de recherche de l'Université de Bayreuth dirigé par le professeur Markus Retsch. Les scientifiques ont pu déterminer comment la conductivité thermique de la poudre est influencée par l'ordre et le chaos dans ses éléments constitutifs. Ils ont publié leurs découvertes dans la revue Matériaux avancés .

Le point de départ de la recherche était les cristaux phototoniques qui se produisent naturellement dans diverses espèces d'insectes. Par exemple, ils sont responsables du coloré, aspect scintillant des ailes des papillons. De tels cristaux sont faciles à reproduire en laboratoire à l'aide de nanoparticules de polymère. Ils possèdent une amende, ordinaire, et structure stable. L'effet de cette structure bien ordonnée est qu'il devient difficile pour la chaleur de circuler à travers les cristaux. La conductivité thermique est faible.

Les chercheurs de Bayreuth ont maintenant découvert que des matériaux peuvent être produits à partir de telles nanoparticules qui présentent une conductivité thermique encore beaucoup plus faible. Ces matériaux sont des mélanges sous forme de poudre :l'ordre cristallin est ainsi remplacé par le chaos, et l'agréable jeu de couleurs cesse également. Alors que chaque particule à l'intérieur des cristaux photoniques est entourée d'exactement douze particules à proximité directe, le nombre de particules directement voisines dans le mélange est inconstant dans l'ensemble. Par conséquent, la chaleur doit emprunter des chemins détournés, rendant d'autant plus difficile l'imprégnation du mélange. Passer du côté chaud au côté froid dans une structure chaotique n'est pas aussi facile pour la chaleur que dans des cristaux bien ordonnés.

Pour clarifier complètement ces relations, Le professeur Markus Retsch et son équipe ont utilisé une combinaison d'expériences en laboratoire et de simulations informatiques. Cela leur a permis d'examiner en détail comment la composition du mélange de particules affecte le flux de chaleur. L'effet d'isolation le plus élevé est atteint en mélangeant un très grand nombre de petites particules avec moins de grosses particules. En plus du rapport de mélange, la différence de taille entre les deux types de particules joue également un rôle crucial.

"Créer un chaos reproductible et le décrire via des simulations n'est pas aussi simple qu'il y paraît, " a expliqué le Pr Retsch à propos des enjeux de cette étude. " Il n'a été possible de comparer nos résultats expérimentaux avec des simulations informatiques que parce que nous avons mélangé des nanoparticules dont nous pouvons très bien contrôler le comportement, " dit-il. De cette façon, les chercheurs de l'Université de Bayreuth ont pu obtenir des informations détaillées sur la distribution de la chaleur dans les matériaux désordonnés. Ces résultats sont très pertinents pour de nombreuses applications, notamment dans le domaine de l'isolation thermique. Par exemple, ils peuvent contribuer à améliorer les performances d'isolation thermique des poudres en vrac. Cependant, ils fournissent également de précieux indices pour des applications techniques qui, inversement, compter sur une dissipation thermique rapide et hautement contrôlable. C'est le cas, par exemple, dans l'optimisation des procédés de frittage industriel dans lesquels de minuscules particules de poudre sont fondues. La clé est de réguler précisément la température aux points de fusion, ce qui est possible grâce à une meilleure dissipation.