Cela fait des années que les chercheurs savent que le carbone, lorsqu’il est disposé d’une certaine manière, peut être extrêmement solide : il s’agit du graphène, qui était jusqu’à présent le matériau le plus solide connu par l’homme et qui est constitué d’une fine feuille d’atomes de carbone, disposés en deux dimensions.

Le graphène, jusqu’à présent considéré comme le matériau le plus solide, est une forme allotropique du carbone (comme le diamant et le graphite par exemple). Le graphène est essentiellement constitué d’une fine couche d’atomes de graphite. Ces atomes sont densément disposés selon un motif bidimensionnel hexagonal. Mais ce matériau possède un inconvénient : bien qu’il soit remarquable pour sa minceur et ses propriétés électriques uniques, il est très difficile de créer des matériaux tridimensionnels utiles en graphène.

Mais à présent, une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), a découvert que si des petits flocons de graphène étaient fusionnés en suivant une structure en maillage, le graphène pouvait non seulement garder sa résistance, mais qu’il restait également poreux.

D’après des expériences menées sur des modèles imprimés en 3D, les chercheurs ont pu déterminer que ce nouveau matériau, avec sa géométrie distincte, est en réalité plus solide que le graphène, le rendant 10 fois plus solide que l’acier, en possédant uniquement 5 % de sa densité.

La découverte de ce matériau extrêmement solide mais exceptionnellement léger, aura de nombreuses applications. « Cette découverte montre que l’aspect crucial des nouvelles formes d’impression 3-D ont davantage à voir avec leur configuration géométrique inhabituelle, qu’avec le matériau lui-même, ce qui suggère que des matériaux semblables, très solides et très légers pourraient être fabriqués à partir de divers matériaux en créant des motifs géométriques similaires », explique l’équipe du MIT.

tests 3d graphene

Ci-dessus, les résultats des simulations de compression et de traction des tests sur graphène imprimé en 3D. Crédits : Zhao Qin

Les chercheurs ont non seulement réalisé des tests mécaniques pour analyser les propriétés de traction et de compression, mais ils ont également effectué des tests de simulation à partir de modèles théoriques, mis au point par l’équipe pour obtenir au final des résultats comparables.

« Vous pouvez soit utiliser le vrai graphène, soit utiliser la géométrie que nous avons découverte avec d’autres matériaux, tels que des polymères ou des métaux. Vous pouvez remplacer le matériau lui-même par quoi que ce soit. La géométrie est l’élément déterminant. Il y a de très nombreuses applications possibles », explique Markus Buehler, directeur du Département de génie civil et environnemental (CEE) du MIT.

Les projets structurels à grande échelle pourraient par la suite suivre cette géométrie pour s’assurer que la structure soit sûre et solide. De plus, la construction peut se révéler plus simple, étant donné que le matériau utilisé sera également nettement plus léger. En raison de sa nature poreuse, elle peut également être appliquée à des systèmes de filtration. Huajian Gao, un professeur d’ingénierie à l’Université Brown, qui n’a pas été impliqué dans cette étude, s’est exprimé sur le sujet : « cette recherche montre une direction prometteuse, celle de combiner la force des matériaux 2D avec la puissance de l’architecture de la matière ».

VIDÉO (anglais) : Des tests menés sur les impressions 3D du modèle de l’étude

Source : Massachusetts Institute of Technology

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