FAMU

Par : Trisha Radulovich | Publié :14 février 2023 | 15h26 | PARTAGER:

Une équipe de chercheurs du FAMU-FSU College of Engineering de l’Institut des matériaux de haute performance explore les limites thermiques des nanomatériaux avancés, travaux qui pourraient avoir un impact direct sur les systèmes d’administration de médicaments, l’électronique, les voyages spatiaux et d’autres applications.

L'équipe de recherche, dirigée par Rebekah Sweat, professeur adjoint en génie industriel et de fabrication, a réalisé la toute première étude sur la façon dont les nanotubes de nitrure de bore purifiés restent stables à des températures extrêmes dans des environnements inertes.

Leurs travaux ont été publiés dans la revue Applied Nano Materials.

Les nanotubes de nitrure de bore, ou BNNT, sont plus solides et plus résistants aux températures élevées que les nanotubes de carbone. Comme leurs cousins ​​carbonés, ce sont des structures mesurées au nanomètre, soit une longueur égale à un milliardième de mètre.

Mais fabriquer ces matériaux est un défi. Les méthodes actuelles pour les BNNT sont plus récentes et ne produisent pas encore les mêmes quantités que les méthodes conçues pour les nanotubes de carbone. C'est pourquoi il est important d'en apprendre davantage sur leur fonctionnement.

Les chercheurs ont découvert que les BNNT sont totalement stables jusqu’à 1 800 °C dans un environnement inerte, l’atmosphère chimiquement inactive dans laquelle ils sont fabriqués. Ils ont également appris que les BNNT peuvent résister à des températures de 2 200 °C pendant de courtes périodes sans perdre les propriétés mécaniques qui les rendent si efficaces.

"Cette recherche vise à découvrir une propriété incroyablement utile pour l'avenir", a déclaré Sweat. « Nous avons une connaissance plus solide de la manière dont les BNNT fonctionnent, quand et comment ils échouent thermiquement – ​​car tous les matériaux ont des limites. Nous avons modifié la façon dont nous fabriquons ces types de composites pour mieux utiliser leurs propriétés.

Les applications potentielles de ces matériaux composites légers et résistants sont nombreuses. Tout ce qui chauffe, comme une turbine ou un moteur, peut les utiliser pour fonctionner dans un environnement à haute température. Ils sont thermiquement conducteurs, ce qui signifie qu’ils diffusent rapidement la chaleur et leur stabilité mécanique offre un renforcement structurel.

Les BNNT sont particulièrement prometteurs pour leur utilisation dans l’exploration spatiale. Leur capacité à conduire la chaleur, à isoler le courant électrique et à bloquer le rayonnement pourrait être utilisée dans des rovers spatiaux ou un vaisseau spatial lors de leur rentrée dans l'atmosphère terrestre. Ces mêmes propriétés les rendent également utiles pour l’électronique haute performance.

"Comprendre le comportement de ces nanotubes à haute température est crucial pour créer des matériaux capables de résister à des conditions extrêmes, à la fois lors de leur fabrication et lors de leur utilisation finale", a déclaré l'auteur principal et doctorant Mehul Tank. "En comprenant mieux leur fonctionnement dans ces conditions, nous serons en mesure de développer une meilleure fabrication de composites utilisant des matrices de traitement à haute température, comme la céramique et les métaux."

Ce travail a été partiellement financé par une subvention obtenue dans le cadre du programme d'investissement dans la commercialisation GAP de la FSU, un événement organisé par le Bureau de commercialisation pour aider à transformer la recherche universitaire en projets commerciaux potentiels. Le financement que Sweat a reçu en 2022 dans le cadre du processus de candidature compétitif du Bureau de commercialisation a soutenu la phase de ce travail qui a révélé les températures de traitement des composites à matrice BNNT-céramique qui sont au centre du projet GAP.

Parallèlement au financement GAP, cette étude a également été soutenue par un partenariat avec la société BNNT Materials, basée en Virginie. La société synthétise les BNNT et a travaillé avec des chercheurs de la Florida State University pour découvrir comment les nanotubes ont survécu à des températures élevées et comment différentes substances chimiques fonctionneront.

"GAP a aidé mon équipe à explorer de nouvelles voies et a encouragé la collaboration pour faire avancer ce travail", a déclaré Sweat. "Le processus de candidature et l'accent mis sur la traduction des recherches en laboratoire vers des matériaux pertinents pour l'industrie nous aident à concentrer nos recherches sur des technologies émergentes passionnantes."