Les turbines à gaz alimentant les moteurs d'avion reposent sur des revêtements en céramique qui assurent la stabilité structurelle à haute température. Mais ces revêtements ne contrôlent pas le rayonnement thermique, limitant les performances du moteur.

Des chercheurs de l'Université Purdue ont conçu des "nanotubes" en céramique qui se comportent comme des antennes thermiques, offrant un contrôle sur le spectre et la direction du rayonnement thermique à haute température.

L'ouvrage est publié dans Lettres nano , un journal de l'American Chemical Society. Une illustration des nanotubes céramiques sera présentée en couverture supplémentaire de la revue dans un prochain numéro.

"En contrôlant le rayonnement à ces températures élevées, nous pouvons augmenter la durée de vie du revêtement. Les performances du moteur augmenteraient également car il pourrait être maintenu plus chaud avec plus d'isolement pendant de plus longues périodes, " dit Zubin Jacob, professeur agrégé de génie électrique et informatique à Purdue.

Le travail s'inscrit dans une recherche plus large sur le terrain d'une large gamme de matériaux pouvant résister à des températures plus élevées. En 2016, L'équipe de Jacob a développé un "métamatériau" thermique, composé d'oxyde de tungstène et d'hafnium, qui contrôle le rayonnement thermique dans le but d'améliorer la récupération de la chaleur résiduelle des centrales électriques et des usines.

Une nouvelle classe de céramiques permettrait d'élargir les moyens d'utiliser plus efficacement le rayonnement thermique.

L'équipe de Jacob, en collaboration avec les professeurs de Purdue Luna Lu et Tongcang Li, construit des nanotubes à partir d'un matériau céramique émergent appelé nitrure de bore, connu pour sa grande stabilité thermique.

Ces nanotubes de nitrure de bore contrôlent le rayonnement par des oscillations de lumière et de matière, appelés polaritons, à l'intérieur du matériau céramique. Les températures élevées excitent les polaritons, que les nanotubes - en tant qu'antennes - se couplent ensuite efficacement au rayonnement thermique sortant.

Les antennes pourraient apporter la capacité d'accélérer le rayonnement, effectuer un refroidissement amélioré d'un système ou envoyer des informations dans des directions ou des longueurs d'onde très spécifiques, dit Jacob.

Les chercheurs prévoient de concevoir davantage de matériaux céramiques dotés de caractéristiques polaritoniques pour une multitude d'applications différentes.

"Les céramiques polaritoniques peuvent changer la donne et nous voulons qu'elles soient largement utilisées, " dit Jacob.