Une nouvelle classe de céramiques peut être thermoformée pour prendre la forme d'une tôle

Dans ce qu'ils considèrent comme une « nouvelle frontière en matière de matériaux », les ingénieurs de l'Université Northeastern ont développé un nouveau type de céramique qui peut être façonné en formes fines et complexes, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications étendues en électronique. Décrits comme des céramiques thermoformables, ces nouveaux matériaux sont nés d'un accident de laboratoire, mais pourraient servir, entre autres possibilités, de dissipateurs thermiques plus efficaces et plus durables.

L’année dernière, les auteurs de l’étude ont testé des composés céramiques expérimentaux à base de bore pour des applications industrielles potentielles et ont apparemment poussé le matériau jusqu’au point de rupture.

"Nous l'avons dynamité avec un chalumeau et, pendant que nous le chargeions, il s'est déformé de manière inattendue et est tombé du luminaire", Randall Erb, professeur de génie mécanique et industriel à Northeastern. « Nous avons regardé l'échantillon au sol en pensant que c'était un échec. Nous avons réalisé qu'il était parfaitement intact. C’était juste une forme différente. Nous avons essayé plusieurs fois et avons réalisé que nous pouvions contrôler la déformation. Ensuite, nous avons commencé à mouler le matériau par compression et avons constaté que c'était un processus très rapide.

Le comportement du matériau allait à l’encontre des idées reçues sur la façon dont les céramiques sont formées et sur ce qu’elles sont capables de supporter. Lorsqu’ils sont soumis à des changements extrêmes de température, ces matériaux risquent de se fissurer ou de se briser, mais l’équipe a littéralement réussi à utiliser un chalumeau et à les conserver en un seul morceau.

"C'est unique : les céramiques thermoformables, d'après ce que nous avons vu et lu, n'existent pas vraiment", a déclaré l'auteur de l'étude Jason Bice. "C'est donc une nouvelle frontière en matière de matériaux."

Un examen plus approfondi des matériaux a révélé une microstructure sous-jacente qui leur permet de transmettre rapidement la chaleur. Lors du moulage et du thermoformage, un processus qui s'applique généralement aux polymères thermoplastiques et aux tôles, l'équipe a découvert que la céramique pouvait être façonnée selon des géométries complexes, tout en conservant une bonne résistance mécanique et une bonne conductivité thermique.

Le fait que le matériau ne transporte pas d'électrons et n'interfère pas avec les radiofréquences (RF) joue également en sa faveur, en ce qui concerne les applications en électronique. Dans les smartphones et autres appareils, une épaisse couche d’aluminium est utilisée pour évacuer la chaleur. Mais avec son ensemble de propriétés et sa capacité à avoir une épaisseur inférieure à un millimètre et à s'adapter à différentes surfaces, l'équipe considère le matériau céramique comme un dissipateur thermique plus efficace.

"Si vous insérez un dissipateur thermique en aluminium dans un composant RF, vous avez essentiellement introduit une série d'antennes pour interagir avec le signal RF", explique Erb. "Au lieu de cela, nous pouvons placer notre matériau à base de nitrure de bore dans et autour d'un composant RF et il est essentiellement invisible au signal RF."

Les scientifiques ont reçu une subvention pour continuer à développer la technologie et poursuivent actuellement leur commercialisation par l'intermédiaire d'une société dérivée appelée Fourier.

La recherche a été publiée dans la revue Advanced Materials.

Source : Université du Nord-Est