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De nombreuses applications devraient bénéficier de la mise au point de matériaux plus légers et poreux

De l’amélioration des traitements et de leurs résultats en matière de soins de santé à la promotion du développement durable par la diminution de l’empreinte carbone et la réduction de la consommation de matières premières, le projet NanoGrow, financé par l’UE, contribue à exploiter tout le potentiel des matériaux avancés.
De nombreuses applications devraient bénéficier de la mise au point de matériaux plus légers et poreux
Bien que les matériaux avancés soient largement reconnus comme étant une technologie habilitante clé, ils doivent, avant toute chose, être plus développés. Or, le projet NanoGrow a mis au point une nouvelle stratégie pour produire des matériaux avancés extrêmement poreux et légers disposant d’une structure alvéolaire contrôlée, de propriétés mécaniques et d’autres fonctionnalités.

Pour développer ce matériau les chercheurs ont utilisé une technique pour «cultiver» des nanocomposites de polymère pour en faire des revêtements de protection pour les substrats poreux, tels que les mousses alvéolées. Le revêtement est déposé selon un assemblage couche par couche qui consiste à déposer de fines couches alternées de différents matériaux. «En déposant avec cette technique des couches alternées de nano-argile et de polymère, nous avons créé des nanocomposites fortement renforcés et dotés d’une structure de type briques et mortier ainsi que de propriétés mécaniques offrant une résistance et une rigidité supérieures», déclare Andrew Hamilton, chercheur du projet.

Les chercheurs ont également exploré l’utilisation de contraintes mécaniques comme paramètre de traitement pour cibler le dépôt de couches de revêtement plus épaisses dans les zones soumises à des contraintes plus fortes. «En ajustant l’épaisseur, la composition et les paramètres de traitement des revêtements, nous avons produits des matériaux sur mesure adaptés à une utilisation pour une variété d’applications cibles, notamment les matériaux d’échafaudage poreux pour l’ingénierie des tissus et les structures poreuses légères pour l’aérospatiale et les transports», explique Hamilton.

Matériaux avancés et applications pratiques

Dans le secteur des soins de santé, les matériaux poreux développés par NanoGrow sont utilisés comme échafaudages en ingénierie tissulaire et permettent de réparer des dommages étendus, trop larges pour être traités par des processus de guérison naturels. Par exemple, dans notre structure osseuse, des défauts de grande dimension peuvent être provoqués par des lésions traumatiques ou lors du re-sectionnement de tumeurs osseuses dans un contexte chirurgical. Dans ces cas-là, les matériaux d’échafaudage sont utilisés pour remplacer la partie endommagée de l’os ou pour guider le processus de cicatrisation osseuse.

«Les matériaux d’échafaudage doivent être suffisamment poreux pour permettre aux cellules de migrer à l’intérieur de l’échafaudage, où elles vont se fixer, grandir et déposer de nouvelles particules d’os, mais elles doivent également fournir un support mécanique suffisant aux tissus en voie de guérison et, autant que possible, permettre un fonctionnement et une activité normale», explique Hamilton. «Les propriétés mécaniques des nanocomposites de type briques et mortier utilisés par NanoGrow ont permis de mettre au point des combinaisons présentant une porosité et des propriétés mécaniques supérieures à celles obtenues avec des matériaux d’échafaudage poreux traditionnels.»

Selon Hamilton, cette amélioration combinée de la porosité et des propriétés mécaniques peut également optimiser l’efficacité d’applications pour lesquelles le poids est un facteur critique, comme les aéronefs et les engins spatiaux. «En effet, pour ces derniers, être en mesure de fournir un niveau déterminé de support mécanique sur des pièces bien définies en utilisant des matériaux présentant des propriétés mécaniques spécifiques et une forte porosité, et par conséquent un poids moindre, permettra d’améliorer leur efficacité énergétique et leur autonomie, tout en réduisant la consommation de carburant et les émissions de CO2», déclare-t-il.

Continuer à grandir

Le projet NanoGrow est parvenu à développer de nouveaux systèmes de matériaux et de nouvelles techniques de fabrication qui ont le potentiel de stimuler de futures innovations. Même si le projet est désormais terminé, Hamilton explique que la plupart des chercheurs de l’équipe NanoGrow continuent à faire évoluer les techniques et les systèmes de matériaux développés au cours du projet. «Je suis fier de constater que les chercheurs qui ont travaillé sur le projet NanoGrow continuent de mettre à profit les techniques et les idées développées au cours du projet dans le cadre de leurs nouvelles fonctions et de leurs nouveaux travaux de recherche», ajoute-t-il.

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Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

NanoGrow, matériaux avancés, nano matériaux, nanocomposites, matériaux poreux