Des scientifiques chinois ont réussi à créer une céramique solide et flexible

Une nouvelle étude révèle que l’on peut faire plier les céramiques comme du métal. Cette découverte pourrait conduire à des moteurs plus légers et plus efficaces.

Les matériaux céramiques flexibles pourraient être utilisés pour fabriquer des moteurs aérospatiaux légers et économes en carburant. Photo : Xinhua

Des chercheurs chinois ont créé la première substance céramique au monde capable de fléchir comme le métal. Cette découverte, si elle est avérée, pourrait améliorer les articulations artificielles et les performances des moteurs.

Avant cette découverte, on pensait généralement que la flexibilité et la résistance d’une céramique étaient opposées et que l’une se détériorait si l’autre s’améliorait.

Chen Kexin, un spécialiste des matériaux qui a dirigé les recherches, explique que ce nouveau matériau est la première fois que les scientifiques parviennent à le rendre à la fois plus résistant et plus léger. Il possède la dureté de la céramique et la flexibilité du métal.

“Cette céramique peut apporter des révolutions technologiques à de nombreuses industries”, a déclaré Chen, professeur au département d’ingénierie et de sciences des matériaux de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.

Le 27 octobre, Chen et ses associés de l’université de Tsinghua ont publié leurs résultats dans la revue Science. Dans un article d’opinion publié dans le même numéro de Science, Erkka Frankberg, de l’université de Tampere en Finlande, a déclaré que cette découverte “pourrait conduire à des matériaux plus légers et plus résistants que les meilleurs alliages métalliques actuels”.

“Des recherches sur la plasticité des céramiques ont été menées dans le monde entier depuis le début de ma carrière, il y a 30 ans. On peut dire qu’aujourd’hui, nous avons enfin réalisé une percée dans ce domaine”, a déclaré M. Chen.

La nouvelle céramique utilise la nanotechnologie pour la rendre flexible

Les scientifiques ont créé des nanopilliers avec deux formations cristallines différentes en utilisant du nitrure de silicium. Lorsqu’une force extérieure est exercée sur une structure cristalline, celle-ci peut se transformer en un autre type. Le matériau peut ainsi se courber avant de reprendre sa forme initiale.

Cette substance peut être particulièrement avantageuse pour la création de moteurs aéronautiques. Les matériaux céramiques sont durables, légers et tolérants à la chaleur. Les moteurs flexibles en céramique pourraient fonctionner à des températures beaucoup plus élevées et avec un bien meilleur rendement énergétique que les moteurs typiques en alliage.

Un moteur en céramique pourrait aller beaucoup plus vite qu’un moteur en alliage car il serait beaucoup plus léger. L’allègement du moteur permet de réduire les contraintes sur les autres composants.

Cette substance pourrait également être appliquée aux moteurs de voiture. Un moteur en céramique pourrait avoir un réservoir de liquide de refroidissement plus petit en raison de la résistance à la chaleur supérieure des matériaux en céramique par rapport aux alliages. Les températures de combustion plus élevées d’un moteur en céramique pourraient produire plus de poussée et moins de pollution.

Les céramiques à base de nitrure de silicium peuvent remplacer le métal dans les prothèses articulaires car elles sont biocompatibles, légères et résistantes aux bactéries. La plupart des prothèses articulaires en métal doivent être remplacées tous les dix ans, ce qui est coûteux et douloureux.

“Les articulations artificielles fabriquées en céramique peuvent durer toute une vie après leur implantation”, a expliqué M. Chen.

Chen a également déclaré que le matériau pourrait être utilisé pour fabriquer des roulements, un élément essentiel des éoliennes reliant le générateur aux pales du ventilateur. La durabilité de chaque roulement, qui doit supporter plusieurs tonnes de pression pendant son utilisation, influe sur la durée de vie globale du système.

“Notre céramique flexible en nitrure de silicium pourrait être utilisée pour fabriquer des roulements qui durent plus longtemps, ce qui réduirait le coût de l’énergie éolienne en moyenne”, explique Chen.

“Il est possible de produire ce matériau céramique flexible à grande échelle sur la base de nos expériences. Il existe un avantage évident en termes de prix dans le domaine des équipements haut de gamme”, ajoute-t-il.

Il a donné l’exemple des coûteux minéraux de terres rares utilisés pour fabriquer les aubes de turbine monocristallines utilisées dans les moteurs à réaction. Dans le même temps, le nitrure de silicium le plus cher se vend environ 200 dollars le kilogramme.

“Nous allons continuer à améliorer ce matériau céramique sur la base de nos travaux actuels. Une fois que vous ouvrez une porte, il y a un vaste monde derrière”, a déclaré M. Chen.

Vous pouvez consulter l’étude par vous-même dans la revue Science.

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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche