Matériau isolant ultra-léger fabriqué avec succès

Le nouveau matériau présente une structure d'aérogel (au moins 99 % d'espace vide), fabriquée à partir d'une céramique atomiquement fine (nitrure de bore hexagonal). Cette conception présente une stabilité thermique extrêmement élevée et des variations de température rapides sur une plage de plus de 1 000 degrés Celsius, rapportent des scientifiques dans le numéro du 15 février de la revue Science.

« Il est très difficile de créer des matériaux à la fois légers et résistants à la chaleur », a déclaré Deep Jariwala, ingénieur à l'Université de Pennsylvanie et coauteur d'une analyse de l'étude publiée dans la revue Science. Ce nouvel isolant ultraléger pourrait servir de revêtement pour les composants des engins spatiaux, qui doivent supporter des variations de température extrêmes lors de leur passage près du Soleil ou de leur rentrée dans l'atmosphère terrestre, a-t-il ajouté.

La structure de l'aérogel est constituée d'un réseau de minuscules bulles d'air, chacune séparée par deux couches hexagonales de nitrure de bore (un métalloïde de valence trois). Tout comme les fenêtres à double vitrage empêchent la chaleur de s'échapper d'une maison en hiver, cette barrière céramique à double vitrage rend difficile le transfert de chaleur d'une bulle d'air à l'autre. « La chaleur a beaucoup de mal à traverser le matériau le long des couches de nitrure de bore, en raison du trajet long et sinueux », explique Xiangfeng Duan, chimiste et spécialiste des matériaux à l'Université de Californie à Los Angeles.

Des expériences démontrent les très hautes propriétés d'isolation thermique du nouveau matériau. Photo : X. Xu et al./Science 2019.

Les chercheurs ont placé une fleur fraîche sur un morceau de 2 cm d'épaisseur du nouveau matériau et l'ont placé sous une flamme (la carte thermique est présentée à droite). Au bout de 15 minutes, la surface atteignait 45 °C et la fleur n'était que légèrement fanée.

Alors que d'autres aérogels céramiques peuvent se briser sous l'effet de changements rapides de température ou d'une exposition prolongée à la chaleur, le nouveau matériau aérogel peut résister jusqu'à 500 cycles de chauffage et de refroidissement rapides de 198°C à 900°C (augmentant ou diminuant de 275°C par seconde), et est également stable (conservant 95% de sa flexibilité) à 1400°C pendant une semaine.

Le nouveau matériau est encore souple et flexible, donc pour des applications pratiques, il faudrait probablement l'envelopper dans un autre matériau plus durable, explique Julia Greer, scientifique des matériaux au California Institute of Technology.