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Matériaux nanocomposites : la surprenante efficacité du graphène

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Des chercheurs américains ont découvert que l'ajout de feuillets de graphène à des polymères augmentait sensiblement leurs capacités de résistance mécanique et à la chaleur. De multiples applications allant des avions aux cellules solaires en découleraient.

De gauche à droite, de légers ajouts de graphène rendent progressivement opaque un bloc de polymères (0, 0,01, 0,06 et enfin 1%). Crédit : Nature

Le graphène fait à nouveau parler de lui et ce n'est visiblement pas fini. Des chercheurs des Universités de Princeton et de Northwestern ont eu l'idée d'ajouter non plus du graphite mais du graphène dans la constitution de matériaux composites basés sur des polymères. A leur grande surprise, même des ajouts minimes de graphène suffisaient à augmenter de façon importante la dureté et la stabilité thermique des polymères considérés. Le phénomène est étonnant car le graphite lui-même n'est qu'un empilement de feuillet de graphène.

Ainsi, des ajouts de 0,05% de graphène ont suffi pour augmenter la stabilité thermique de 30°C et des ajouts de seulement 0,01% ont permis d'accroître la dureté des polymères de 33%. La performance apparaît importante pour les chercheurs et cette découverte a fait l'objet d'une publication dans Nature Nanotechnology.

Les nanocomposites, des matériaux construits à l'échelle du nanomètre

Ces recherches entrent en effet dans le cadre d'un domaine très actif depuis quelques années, celui des matériaux nanocomposites. L'idée consiste à obtenir des matériaux composites plus résistants au feu, aux contraintes mécaniques et avec des propriétés optique et électrique intéressantes tout en les rendant plus légers, plus faciles à fabriquer et moins chers. Pour cela, les ajouts dans les matrices de polymères sont constitués de nanoparticules ou de leurs cousins, comme les nanotubes de carbone.

Récemment, on s'est beaucoup intéressé à des polymères nanocomposites contenant de faibles quantités de particules d'argile à l'échelle du nanomètre. Ceux-ci possèdent des propriétés mécaniques, superficielles et thermiques supérieures aux polymères classiques. Ainsi, ils sont de bons candidats pour fabriquer des réservoirs d'essence dans l'industrie automobile, des panneaux pour la construction, des circuits imprimés en électronique et en électricité ou encore des conteneurs pour l'emballage d'aliments.

Les nouveaux polymères nanocomposites basés sur les feuillets de graphène devraient avoir des applications similaires. En particulier, leurs propriétés sont identiques à ceux déjà obtenus par adjonction de nanotubes de carbone mais ils sont plus faciles à synthétiser et surtout moins coûteux. En outre, ils ajoutent une certaine étanchéité à l'humidité.

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