DT News - France - Composites polymères : des chercheurs développent une méthode pour prédire l´usure des matériaux

Dental Tribune International

mar. 8 janvier 2013

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KIEL, Allemagne : Les matériaux composites polymères ont des applications dans des domaines aussi divers que la médecine dentaire et le génie aérospatial. La détection de la défaillance de structure est difficile avec ces matériaux, car les fissures internes ne peuvent être identifiées aisément de l’extérieur. Une équipe de chercheurs allemands a mis au point une méthode permettant de créer une auto-signalisation de la fatigue des matériaux composites pour résoudre ce problème.

Le procédé utilise des cristaux tétrapodes d'oxyde de zinc, qui servent de matériau de remplissage dans les composites et qui permettent de révéler les défauts de ces derniers par illumination dans l'ultraviolet (UV). Ce nouveau concept permettrait de résoudre des problèmes d'ingénierie concernant nombre de nouveaux matériaux composites avec des applications à haute contrainte dans des domaines allant de l'ingénierie médicale à la construction de véhicules.

«Les caractéristiques de luminescence des cristaux tétrapodes d’oxyde de zinc sont bien établies. Conformément à notre hypothèse de travail, ces caractéristiques ont montré de fortes variations sous une charge mécanique, et nous avons réalisé que cela pourrait aider à détecter des dommages internes dans les matériaux composites », a déclaré le Dr Yogendra Mishra de la Faculté d’Ingénierie de l'Université de Kiel.

Dans une expérience, les chercheurs ont ajouté cristaux tétrapodes d'oxyde de zinc à un polymère de silicone (polydiméthylsiloxane) et testé ses propriétés générales. Ils ont constaté que le matériau composite résultant est plus résistant que le polymère de silicone seul et émet de la lumière à différentes longueurs d´ondes lorsqu'ils sont exposés aux UV. Lorsque le matériau est soumis à des contraintes mécaniques et à la lumière UV, la longueur d´onde et l´intensité de la lumière émise, et par conséquent, la couleur, changent.

« Les micro-nano- cristaux donnent un avertissement visuel lorsque le matériau composite est sur le point de se rompre sous le stress », explique le doctorant Xin Jin. «Le changement dans les caractéristiques de luminescence des microstructures des semi-conducteurs définies sous la charge, comme nous l'avons démontré avec les tétrapodes d'oxyde de zinc - pourrait également être intéressant pour de nombreux autres systèmes de matériaux à base phosphore. Nous nous attendons à de nouvelles évolutions dans ce domaine émergent de l'auto-signalisation des matériaux », fait remarquer le professeur Cordt Zollfrank de l'Université de Technologie de Munich.

Les matériaux polymères composites sont fabriqués à partir de deux ou plusieurs matériaux constitutifs ayant des propriétés différentes, tels que des cristaux de silicone et d'oxyde de zinc qui, ensemble, présentent de meilleures propriétés. Ils peuvent être conçus pour être légers, robustes mécaniquement, ou peu coûteux. Le professeur Rainer Adelung, responsable de l’étude, a déclaré: « les cristaux d'oxyde de zinc semble être un excellent composant pour la conception de nombreux matériaux composites et spécifiques pour les constructions dans lesquelles l'instabilité peut entraîner des accidents mortels ».

Les chercheurs de l'Université de Kiel, de l'Université d'Erlangen-Nuremberg et de l'Université de Technologie de Munich, ont publié leurs résultats en Novembre 2012 dans la revue Advanced Materials disponible en ligne avant impression. L'étude a été financée par la Fondation Allemande pour la Recherche.

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