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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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Différentes voies de synthèse des nanocomposites thermiques
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4. Différentes voies d'amélioration des matériaux conventionnels
4.1 Dopage avec des nanoparticules d'aluminium
L'incorporation de nanoparticules fortement conductrices thermiques dans les compositions énergétiques composites a été la première voie explorée par les chercheurs pour améliorer la conduction thermique du front de flamme dans le matériau et, donc, augmenter la vitesse de combustion.
(
) (Crédit photo Energetic Materials, Ulrich Teipel, WILEY-VCH)
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Les nanoparticules d'Al sont les plus largement utilisées pour doper les matériaux énergétiques, et ce pour les raisons suivantes :
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l'aluminium est un métal couramment utilisé en micro électronique et microtechnologie et est relativement peu coûteux ;
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la formation d'un oxyde natif en surface de la particule élimine tout risque de combustion spontanée de la poudre ;
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l'aluminium a une conductivité thermique élevée (237 W/mK) par rapport au zirconium (22,7 W/mK), ou à l'antimoine (24,3 W/mK), deux métaux aussi utilisés sous forme de nanoparticules pour le dopage de propergols ;
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des nanoparticules d'aluminium sont commercialisées sous le nom Alex®. Les particules Alex®, produites par EEW (ElectroExplosion of metal Wire) sont sphériques et leurs diamètres compris entre 20-100 nm. Elles sont passivées par une couche d'alumine d'environ 2-3 nm.
Depuis la fin des années 1990, plusieurs équipes ont étudié l'effet du dopage de propergol solide composite avec de la poudre d'aluminium ultra-fine de type Alex®. Les proportions étudiées sont typiquement comprises entre 4 et 20 %.
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Mench et al. ...
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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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