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RÉSUMÉ
Les avancées dans le domaine énergétique obligent à la création de nouvelles générations de matériaux énergétiques conçus pour les applications microsystèmes. Les nanotechnologies, avec les perspectives de maîtrise de la composition et de la structure à l’échelle nanométrique, arrivent à point pour répondre à cette attente. De ce fait, les voies d’amélioration des matériaux conventionnels, mais également celles de synthèse de matériaux nanocomposites thermiques sont nombreuses et prometteuses. Les observations ont établi que certaines des propriétés des matériaux énergétiques, comme la température d’initiation et la vitesse de combustion, sont fortement influencées par l’agencement et l’intimité de contact des constituants.
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INTRODUCTION
Jusque dans les années 1980-1990, les matériaux énergétiques étaient principalement employés dans les applications militaires, spatiales, et quelques applications civiles comme, par exemple, l'industrie minière.
Au début des années 1990, a émergé l'idée d'intégrer, sur les microsystèmes silicium, des matériaux énergétiques dans la perspective de disposer de micro-actionnements locaux dans des volumes extrêmement petits (inférieurs au mm3) et des forces relativement conséquentes (~ 0,1 N).
Aujourd'hui, les applications sont plus exigeantes et supposent de créer de nouvelles générations de matériaux énergétiques strictement conçus pour les applications microsystèmes : il faut assurer à la fois les performances énergétiques et la compatibilité technologique. Dans ce contexte, l'émergence des nanotechnologies ouvre, pour les matériaux énergétiques, de nouvelles perspectives encore inexplorées, celles de créer des matériaux très performants nanostructurés, c'est-à-dire où la composition et la structure sont maîtrisées à l'échelle nanométrique, sinon moléculaire. On peut espérer aussi créer des matériaux énergétiques à décomposition chimique et thermique contrôlées. Le champ à explorer est extrêmement vaste.
On peut ici utilement le réduire en considérant prioritairement les matériaux énergétiques déjà utilisés en microélectronique. Le dossier propose une exploration complète de l'apport potentiel des nanotechnologies dans le domaine des matériaux énergétiques intégrables, à partir des résultats des premiers travaux de recherche publiés.
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Matériaux énergétiques pour les applications microsystèmes
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2. Matériaux énergétiques conventionnels
Les matériaux énergétiques sont des substances dont la décomposition est très exothermique. Les matériaux dits « conventionnels » sont classés en 2 catégories :
-
les explosifs ;
-
les propergols et autres substances pyrotechniques.
-
Les explosifs libèrent – si les conditions y sont favorables – leur énergie en un temps très court (μs) grâce à une réaction chimique très rapide appelée « détonation ».
La décomposition dégage un volume gazeux important, une température élevée, et une montée brutale en pression.
-
Les propergols libèrent leur énergie par déflagration. La combustion des propergols dégage une très grande quantité de gaz à haute température ce qui les rend tout particulièrement intéressants pour la propulsion et l'actionnement.
Depuis l'invention de la poudre noire, il y a 1 000 ans, la technologie de fabrication des matériaux énergétiques conventionnels suit deux procédés principaux :
-
l'intégration chimique, dans une même molécule, d'agents oxydants et réducteurs permet de produire des matériaux énergétiques dits « monomoléculaires », comme la nitrocellulose, nitroglycérine, trinitrotoluenne... ;
-
le mixage de poudres d'agents oxydants (nitrate de potassium, d'ammonium, perchlorate...) avec des poudres réductrices (carbone, souffre...) permet d'obtenir les matériaux énergétiques dits « composites » (la poudre noire, par exemple).
Sur les matériaux énergétiques
Matériaux énergétiques, ...
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Matériaux énergétiques conventionnels
BIBLIOGRAPHIE
-
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(5) - LINDSAY (W.), TEASDALE (D.), MILANOVIC (V.), PISTER (K.), PELLO (C.F.) - Thrust and Electrical Power from Solid Propellant Microrockets. - ...
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