Matériau isolant ultra-léger fabriqué avec succès.

Ce nouveau matériau possède une structure d'aérogel (composée d'au moins 99 % d'espace vide) et est constitué d'une céramique atomique ultra-mince (nitrure de bore hexagonal). Selon un article paru dans la revue Science le 15 février, cette structure présente une stabilité thermique extrêmement élevée et une capacité de réaction très rapide à des variations de température supérieures à 1 000 degrés Celsius.

« Il est très difficile de créer des matériaux à la fois légers et extrêmement résistants à la chaleur », a déclaré Deep Jariwala, ingénieur à l'Université de Pennsylvanie et co-auteur d'une étude portant sur ces mêmes recherches et publiée dans la revue Science. Ce nouvel isolant ultraléger présente un grand potentiel pour le revêtement des composants des engins spatiaux, qui doivent résister à de très fortes variations de température lors du passage à proximité du Soleil ou de la rentrée atmosphérique, a-t-il ajouté.

La structure de l'aérogel est constituée d'un réseau de minuscules bulles d'air, séparées par deux couches hexagonales d'atomes de bore nitrifié (un métalloïde trivalent). À l'instar des fenêtres à double vitrage qui empêchent la chaleur de s'échapper d'une maison en hiver, cette barrière céramique double couche rend difficile le transfert de chaleur d'une bulle d'air à l'autre. « Il est très difficile pour la chaleur de se propager à travers le matériau en se diffusant le long des couches d'atomes 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 ont démontré que ce nouveau matériau possède de très hautes propriétés d'isolation thermique. Photo : X. Xu et al./Science 2019.

Des chercheurs ont déposé une fleur fraîche sur un morceau de 2 cm d'épaisseur du nouveau matériau et l'ont exposé à une flamme (l'image de droite est une carte thermique). Après 15 minutes, la surface supérieure affichait 45 degrés Celsius et la fleur était à peine fanée.

Alors que d'autres céramiques aérogel peuvent se fracturer sous l'effet de variations de température rapides ou d'une contrainte thermique prolongée, le nouveau matériau aérogel résiste à 500 cycles de chauffage et de refroidissement rapides de 198 °C à 900 °C (augmentant ou diminuant de 275 °C par seconde), tout en restant stable (conservant 95 % de sa flexibilité) à 1400 °C pendant une semaine.

Selon Julia Greer, spécialiste des matériaux au California Institute of Technology, le nouveau matériau est encore mou et flexible ; par conséquent, pour des applications pratiques, il devra probablement être enrobé dans un matériau plus résistant.