Des chercheurs démontrent que les nanovides améliorent les performances des matériaux

Les vides ou pores ont généralement été considérés comme des défauts fatals qui dégradent gravement les performances mécaniques d’un matériau et doivent être éliminés lors de la fabrication.

Cependant, une équipe de recherche dirigée par le professeur Jin Haijun de l’Institut de recherche sur les métaux (IMR) de l’Académie chinoise des sciences a avancé que la présence de vides n’est pas toujours dangereuse. Au contraire, les vides peuvent être bénéfiques s’ils sont ajoutés « correctement » au matériau.

L’équipe a démontré qu’un métal avec un grand nombre de vides à l’échelle nanométrique présente des performances mécaniques améliorées par rapport aux échantillons sans vides.

Ce travail a été publié dans Science.

Le nouveau matériau développé par l’équipe a été baptisé « nanovoid dispersed gold » (NVD Au). Il contient un grand nombre de vides à l’échelle nanométrique, dont les tailles varient de quelques nanomètres à plusieurs centaines de nanomètres. Ces vides sont répartis uniformément dans le matériau. La fabrication du NVD Au combine un processus de corrosion appelé désalliage avec des traitements de compression et de recuit thermique.

Les chercheurs ont découvert que l’or NVD présente une résistance et une ductilité améliorées en tension par rapport à l’or entièrement dense. En d’autres termes, l’or NVD avec des nanovides dispersés est capable de supporter des charges plus élevées et peut être tiré sur de plus grandes longueurs sans se fracturer.

Il s’agit de l’effet exactement opposé observé dans les matériaux à grands vides préparés par frittage de poudre ou fabrication additive. Les excellentes propriétés de l’Au NVD sont attribuées à des interactions dislocation-surface améliorées et à une nucléation de fissures supprimée dans cette structure.

« Nous avons réussi à renforcer simultanément le NVD et à réduire la densité, ce qui nous a permis d’obtenir un allègement », a déclaré Jin. « De plus, cela n’implique aucun changement de composition ou de phase, de sorte que les excellentes propriétés physiques et chimiques du matériau de base peuvent être largement préservées. »

Cette approche de renforcement peut être explorée pour une utilisation dans de nombreux domaines, allant de l’électronique portable à la fabrication aéronautique.

L’étude a été menée en collaboration avec des scientifiques de l’Académie des matériaux du Liaoning et de l’Université des sciences et technologies de Nanjing.