Un aérogel céramique ultraléger résistant aux chocs thermiques

Les aérogels en quelques mots

Les aérogels sont des mousses solides extrêmement légères, car elles sont constituées d’un réseau de porosités nanométriques. En plus d’être les solides les plus légers du monde (composés jusqu’à 99,8% d’air), les aérogels sont d’excellents isolants électriques, thermiques et soniques. Cependant, comme les aérogels sont des matériaux céramiques, leur point faible reste leur stabilité mécanique, principalement aux hautes températures.

Si les plus connus sont à base de silice (SiO2), il est par ailleurs possible de synthétiser de nombreux types d’aérogels céramiques, de type nitrures, carbures ou oxydes et même des aérogels polymères dont certains sont biosourcés : les bioaérogels.

Architecture unique et superelasticité

L’aérogel dont il est question ici n’est pas fait de silice, mais de nitrure de bore hexagonal (hBN), la forme cristalline thermodynamiquement stable à température ambiante du nitrure de bore. C’est de cette forme hexagonale, analogue à celle du graphite, que viennent les propriétés exceptionnelles de ce matériau. En effet, la structure de cet aérogel permet un certain « glissement » entre les nanofeuilles de hBN. Par conséquent, lorsque ce matériau est soumis à un effort en compression uniaxial, il est capable de se déformer de façon superélastique en retrouvant 95% de sa taille d’origine. Pour les plus sceptiques, voici une vidéo montrant le comportement du matériau durant les essais mécaniques de mise en compression.

Des propriétés thermiques exceptionnelles

Outre sa superelasticité, cet aérogel présente surtout des propriétés thermiques plus qu’intéressantes. Contrairement à beaucoup d’autres aérogels, il est capable de résister à des chocs thermiques intenses (montées et descentes de 275 °C par seconde) et à des températures de plus de 900 °C dans l’air et 1400 °C dans le vide, durant des temps d’exposition longs. Encore mieux : alors que les céramiques ordinaires ont tendance à s’allonger avec l’augmentation de la température, cet aérogel fait tout l’inverse : il se contracte avec l’échauffement, car il possède un coefficient de poisson négatif.

Les applications spatiales des aérogels

Les aérogels sont devenus célèbres grâce à la NASA, lors de la mission Stardust, dont l’objectif était la récupération de poussières issues de la comète Wild-2. Mais les applications spatiales potentielles de ce nouvel aérogel au nitrure de bore sont probablement bien plus vastes. En effet, sa résistance aux chocs thermiques et sa légèreté en font probablement le matériau idéal pour les rentrées et sorties atmosphériques des engins spatiaux.

Vers une nouvelle génération de matériaux ultralégers ?

Le professeur Duan, de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) affirme que le procédé utilisé pour concevoir cet aérogel pourrait être utilisé pour la fabrication d’autres matériaux ultralégers. Cette nouvelle génération de matériaux pourrait ainsi s’avérer extrêmement utile pour le stockage de l’énergie thermique, la catalyse ou la filtration.

Source : https://phys.org/news/2019-02-ultra-lightweight-ceramic-material-extreme-temperatures.html#jCp