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Bio-inspired structural materials

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De nouveaux matériaux céramiques

Des chercheurs de l'UE ont mis au point une nouvelle famille de matériaux structurels légers, mixtes et très performants. Ils serviront dans des domaines aussi variés que l'énergie, les transports et les soins.

Technologies industrielles

Le projet The BISM (Bio-inspired structural materials) utilise le moulage à froid (une procédure de congélation contrôlée des suspensions de particules dans l'eau) de suspensions de céramiques pour créer des matériaux mixtes extrêmement résistants, alliant les céramiques et les polymères. Les structures poreuses résultant du moulage à froid sont ensuite infusées par un métal ou un polymère, pour fabriquer des composites dotées d'une structure similaire à celle de la nacre. Ce matériau composite naturel est doté d'une résistance à la fracture supérieure de plusieurs ordres de magnitude à celle de ses constituants. Les chercheurs ont aussi utilisé le moulage à froid pour fabriquer des réseaux de cellules à base de graphène hautement poreux. Ceci leur a permis de contrôler la densité, la taille des cellules et la forme de la structure, donc sa surface, son élasticité, sa résistance spécifique, son coefficient de perte d'énergie et sa conductivité. Ils ont exploré de nouvelles utilisations du processus comme l'amortissement de l'énergie, des supercondensateurs tolérant la compression ou des catalyseurs, et dans tous les cas nécessitant une séparation, une absorption ou une filtration. L'approche a été élargie à des «structures molles», notamment des émulsions, afin de fabriquer des structures complexes. Elle a conduit à des particules réactives de céramique, capables de s'assembler ou de se désassembler en réponse à un stimulus externe. Cette technique peut servir à fabriquer des échafaudages en céramique extrêmement résistants et rigides, mais néanmoins très poreux, avec la possibilité de contrôler la taille des pores. Les travaux du projet ont ouvert la voie à la fabrication à grande échelle de structures poreuses, complexes et légères, et de composites. L'association du choix des matériaux et du contrôle de la structure a conduit à des propriétés uniques et ouvert des possibilités dans une large gamme d'applications. Citons les filtres, échafaudages ou revêtements en céramique pour le génie tissulaire, des revêtements protégeant contre la chaleur, ou des membranes de contrôle de la température. Le projet BISM a apporté de nouvelles informations sur le comportement des suspensions colloïdales et des émulsions, sur la croissance des fibres de carbone, et sur les paramètres qui contrôlent la réponse mécanique de structures complexes. Les résultats du projet seront donc très utiles pour la science des matériaux, la chimie et la biologie. Un intérêt tout particulier sera accordé aux matériaux à base de céramiques et similaires à l'os, destinés aux implants orthopédiques. Les matériaux alliant les métaux et les céramiques ont été conçus pour des conditions extrêmes, à très haute température.

Mots‑clés

Matériaux céramiques, matériaux structurels, moulage à froid, structures poreuses, suspensions colloïdales, émulsions

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