La méthode de l'équipe, qui consiste simplement à chauffer le matériau imprimé dans une atmosphère inerte, provoque la réticulation des chaînes polymères et la formation d'un réseau rigide, tandis que les particules de carbone agissent comme renfort. Le matériau obtenu a une résistance et une ductilité comparables à celles des mousses métalliques traditionnelles, mais avec une densité bien inférieure.
Les chercheurs pensent que leur méthode pourrait être utilisée pour créer une nouvelle classe de matériaux légers et à haute résistance pour diverses applications, notamment l’aérospatiale, l’automobile et les équipements sportifs.
"Notre méthode ouvre la possibilité de créer de nouveaux matériaux plus solides, plus légers et plus polyvalents que les matériaux traditionnels", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Chengyu Li, chercheur postdoctoral au Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'UC Berkeley. "Cela pourrait avoir un impact majeur sur un large éventail d'industries."
Les découvertes de l'équipe ont été publiées dans la revue Nature Materials.
La méthode de l'équipe commence avec une imprimante 3D capable d'imprimer un polymère tel que le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) dans la forme souhaitée. La pièce imprimée est ensuite placée dans une atmosphère inerte et chauffée à une température d'environ 300 degrés Celsius (572 degrés Fahrenheit). Cette température est suffisamment élevée pour provoquer la réticulation des chaînes polymères, mais suffisamment basse pour empêcher la dégradation du matériau.
Au fur et à mesure que le matériau refroidit, les chaînes polymères réticulées forment un réseau rigide qui confère au matériau sa résistance. Les particules de carbone, dispersées dans tout le polymère, agissent comme un renfort et contribuent à empêcher la rupture du matériau.
Le matériau résultant a une densité d’environ 0,2 gramme par centimètre cube (g/cc), soit environ un cinquième de la densité de l’aluminium. Elle a également une résistance d’environ 100 mégapascals (MPa), comparable à celle des mousses métalliques traditionnelles. Cependant, le matériau du micro-réseau de carbone hybride est beaucoup plus ductile que les mousses métalliques, ce qui signifie qu'il peut résister à davantage de déformations avant de se briser.
L’équipe estime que leur méthode pourrait être utilisée pour créer une nouvelle classe de matériaux légers et à haute résistance pour diverses applications. Certaines applications potentielles incluent :
* Aérospatiale :le matériau pourrait être utilisé pour fabriquer des composants structurels légers pour les avions et les engins spatiaux.
* Automobile :le matériau pourrait être utilisé pour fabriquer des panneaux de carrosserie légers et d’autres composants pour voitures et camions.
* Équipements sportifs :Le matériau pourrait être utilisé pour fabriquer des équipements sportifs légers et performants tels que des raquettes de tennis et des clubs de golf.
L’équipe travaille actuellement à étendre sa méthode afin qu’elle puisse être utilisée pour produire des pièces plus grandes. Ils explorent également différentes manières de modifier les propriétés du matériau, telles que sa résistance, sa ductilité et sa densité.
