Un groupe de recherche dirigé par le professeur Wang Zhenyang et Zhang Shudong des Instituts des sciences physiques de Hefei de l’Académie chinoise des sciences a développé des matériaux aérogels synergiques présentant une résistance à haute température, une résistance mécanique et des performances d’isolation thermique.
La recherche est publié dans ACS Matériaux appliqués et interfaces.
L’aérogel inorganique SiO2 est un matériau solide poreux auto-assemblé par des nanoparticules de silice. Ses nombreux pores de particules sont remplis d’air, ce qui lui confère les caractéristiques d’une faible densité volumique, d’une porosité élevée et d’une faible conductivité thermique. Il est considéré comme le matériau solide ayant la plus faible conductivité thermique et est devenu l’un des matériaux isolants les plus critiques dans les domaines du contrôle thermique haut de gamme.
Cependant, la fragilité structurelle et la résistance à basse température (≤700°C) de l’aérogel inorganique SiO2 limitent son application dans des environnements extrêmes.
Dans cette étude, les chercheurs ont surmonté ces limitations en introduisant une petite quantité de phase cristalline de ZrO2 dans des fibres SiO2 unidimensionnelles, améliorant ainsi considérablement leur résistance à la température. Ils ont également créé plusieurs nœuds de fusion entre les fibres SiO2 pour améliorer la résistance à la compression et la ténacité à la fracture.
L’aérogel obtenu présente une conductivité thermique aussi faible que 0,092 W/m·K, une déformation élastique supérieure à 80 % et une résistance à la compression de 389 kPa. Il conserve également sa stabilité et son élasticité sur une large plage de températures allant de -196 °C à 1 300 °C.
Ils ont également étudié les aérogels inorganiques bidimensionnels, formés par l’assemblage de nanofeuilles dans une structure solide poreuse. En utilisant des nanofeuilles de montmorillonite et des nanofils d’hydroxyapatite, ils ont créé un aérogel bidimensionnel doté d’excellentes propriétés d’isolation thermique et de retardateur de flamme. Ce matériau a démontré un module de compression de 80 MPa lors de tests standard.
L’équipe a également étudié les aérogels de biomasse en vue de leur utilisation comme matériaux d’isolation écologiques pour les bâtiments. Elle a mis au point de nouvelles méthodes de réticulation pour améliorer les propriétés ignifuges et mécaniques de ces aérogels. Elle a notamment mis au point des aérogels d’alginate de sodium de biomasse qui peuvent supporter plus de 2 600 fois leur propre poids et possèdent d’excellentes propriétés ignifuges et autoextinguibles.
Cette recherche permet non seulement de surmonter les défis liés à l’équilibre entre la résistance à haute température et la solidité des aérogels, mais fournit également de nouveaux matériaux pour une isolation thermique efficace, la prévention des incendies et la stabilité mécanique dans des conditions extrêmes.
Plus d’information:
Yang Chen et al., Aérogels hybrides multiréseaux interpénétrés par des fibres de montmorillonite stratifiées et d’hydroxyapatite unidimensionnelle pour l’isolation thermique et ignifuge, ACS Matériaux appliqués et interfaces (2024). DOI: 10.1021/acsami.4c08796