Fabrication du film double couche inspiré de la nacre. Crédit :Pan Xiaofeng et al.
Les films composites en polyimide (PI) sont largement utilisés sur les surfaces externes des engins spatiaux pour les protéger des environnements défavorables de l'orbite terrestre basse (LEO) en raison de leurs performances globales exceptionnelles. Cependant, les films composites PI actuels ont des propriétés mécaniques et une résistance à l'oxygène atomique (AO) inadéquates.
Dans une étude publiée dans Advanced Materials , une équipe de recherche dirigée par le professeur Yu Shuhong de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences a proposé une stratégie de conception structurelle unique à double couche inspirée de la nacre et a fabriqué un nouveau film nanocomposite à base de PI avec propriétés mécaniques et résistance à l'AO grandement améliorées.
Inspirés par la microstructure de brique et de mortier de la nacre naturelle, les chercheurs ont assemblé des nanofeuilles de mica et du PI dans une structure à double couche inspirée de la nacre avec une densité beaucoup plus élevée de mica dans la couche supérieure, qui a été obtenue via un assemblage assisté par pulvérisation simple suivi par un procédé de thermodurcissement.
En optimisant les proportions des composants et l'épaisseur de la couche supérieure, les propriétés mécaniques du film PI-Mica à double couche ont été considérablement améliorées. La résistance à la traction, le module de Young et la dureté de surface du film à double couche étaient respectivement supérieurs de 45 %, 100 % et 68 % à ceux des films PI purs.
En raison de la structure unique à double couche inspirée de la nacre et des avantages intrinsèques des nanofeuilles de mica, le film PI-Mica à double couche obtenu a obtenu une bien meilleure résistance à l'AO, une résistance au vieillissement UV (313 nm) et une stabilité à haute température (380 ℃) que le film PI pur. De plus, les caractéristiques de fluence AO et de rendement d'érosion du film PI-Mica à double couche sont supérieures aux composites à base de PI précédemment rapportés. Ainsi, ce film PI-Mica à double couche peut servir de nouveau type de matériau de protection aérospatiale, remplaçant les films composites à base de PI existants pour les applications LEO.
La conception structurelle unique à double couche inspirée de la nacre offre une voie prometteuse pour la conception et la fabrication futures d'autres nanocomposites bioinspirés à haute performance pour diverses applications. Robuste, solide et résistant à la chaleur :matériau bioinspiré pour remplacer les plastiques
