Si la crainte de voir votre téléphone tomber dans les flammes de la cheminée vous hante, cette peur pourrait bien ne plus avoir lieu d’être à l’avenir, si vous possédez un appareil conçu avec une nouvelle génération de matériaux céramiques capables de résister à des températures équivalentes à celles de la lave volcanique.
Une équipe de recherche de l’Université Duke aux États-Unis est parvenue à développer une méthode permettant de découvrir rapidement ces matériaux, et a décrit dans une étude publiée par la revue « Nature » leurs propriétés et diverses applications. Ils ont trouvé que ces nouveaux matériaux sont plus durs que l’acier et stables dans des environnements chimiquement corrosifs, ce qui les rend idéaux pour la construction d’appareils, mais aussi pour de nouveaux revêtements anti-corrosion ainsi que dans la fabrication de batteries.
Les chercheurs ont identifié ces matériaux grâce à une méthode computationnelle avancée qui leur a permis de prédire la composition de près de 900 nouveaux matériaux extrêmement résistants. Ils en ont testé 17 en laboratoire, qui se sont avérés très performants.
Un communiqué de presse publié sur le site de l’Université Duke explique que « ces nouveaux matériaux en céramique, résistants à la chaleur et isolants électriques, proviennent du mélange de composants spéciaux utilisant un processus appelé frittage à chaud sous pression. Il s’agit d’un processus similaire à la cuisson, où les ingrédients sont chauffés sous vide à des températures extrêmement élevées ».
Le communiqué précise que « le résultat est une céramique qui semble presque métallique, mais qui est en fait incroyablement dure, ouvrant la voie à de nombreuses applications, y compris dans l’électronique ».
Comment les chercheurs ont-ils découvert ces matériaux?
Les chercheurs révèlent dans leur étude la méthode utilisée pour préparer les nouveaux matériaux, qui devrait révolutionner la « fabrication d’appareils ». Voici les étapes clés du processus :
- Premièrement, l’utilisation de la méthode computationnelle « DEED » : C’est un outil qui calcule rapidement les propriétés de centaines de milliers de combinaisons de matériaux potentielles sans nécessiter la création physique de chacune d’entre elles, en se concentrant sur ce qu’on appelle l’enthalpie (le contenu thermique) et l’entropie (le retard thermique), la combinaison des deux mesurant la force et la robustesse des conceptions matérielles possibles.
- Deuxièmement, la découverte des matériaux : En utilisant la méthode « DEED », l’équipe de recherche a prédit la composition de 900 nouvelles matières, et de ces prédictions, ils ont réussi à produire et à tester 17 nouveaux matériaux en laboratoire.
- Troisièmement, le processus expérimental : La méthode employée pour créer ces matériaux est le frittage à chaud sous pression, qui implique de chauffer des composés de poudre dans un vide à des températures allant jusqu’à 4000 degrés Fahrenheit tout en appliquant une pression pendant plusieurs heures, l’ensemble de ce processus, y compris la préparation, la réaction et le refroidissement, prenant plus de 8 heures.
- Quatrièmement, les propriétés des matériaux : La céramique résultante semble métallique, avec un aspect gris foncé ou noir, et ressemble aux alliages métalliques comme l’acier inoxydable.
Questions résolues et d’autres en attente de réponse
Cette nouvelle méthode soulève une série de questions qu’un professeur de physique des matériaux de l’Université d’El-Minya en Égypte, le Dr. Khaled Hilali, a discutées lors d’un entretien téléphonique avec « Al Jazeera Net » :
- Les applications pratiques : Si les chercheurs ont réussi en laboratoire, comment les industries actuelles peuvent-elles intégrer ces matériaux dans leurs produits ou leurs processus, et y a-t-il des industries particulières prêtes à adopter cette céramique plus rapidement que d’autres?
- La durabilité et la fiabilité à long terme : Bien que ces matériaux aient été conçus pour résister à des températures extrêmes, leur durabilité et fiabilité à long terme doivent être testées. Y a-t-il des projets de recherche visant à tester ces matériaux sur le long terme dans des applications réelles ou des environnements difficiles?
- Le coût : Quelles sont les implications financières de la fabrication de ces matériaux qui nécessitent des niveaux élevés d’énergie, et comment cela affecte-t-il leur adoption à grande échelle? Des efforts sont-ils en cours pour améliorer les méthodes de production afin de rendre cette céramique plus rentable?
- Les tests et la validation : Sur 900 compositions, 17 ont été produites et testées avec succès, mais quelles sont les propriétés spécifiques qui font de ces 17 compositions exceptionnelles, et quels critères ont été utilisés pour les sélectionner?
Le communiqué de presse de l’Université Duke fournit des réponses au premier point, tandis que Hilali confirme que les trois autres questions nécessitent des études complémentaires.
Le professeur Stefano Curtarolo de l’Université Duke et principal chercheur de l’étude déclare : « Nous pensons que les usines actuelles peuvent modifier leurs procédés de fabrication pour produire la céramique super-dure de la manière décrite dans l’étude ».
Il ajoute que « notre méthode permet de découvrir rapidement des compositions synthétisables, ce qui permet de se concentrer sur l’amélioration des propriétés qui sont cruciales pour l’industrie ».