La couleur d’un matériau peut souvent vous dire quelque chose sur la façon dont il traite la chaleur. Les réponses d’un matériau aux rayonnements visible et infrarouge sont souvent naturellement liées. Les ingénieurs du MIT ont réalisé des échantillons de matériau polymère solide, de type tissu, dont ils peuvent personnaliser les propriétés de couleur et de chaleur indépendamment les unes des autres. Par exemple, ils ont fabriqué des échantillons de film noir très fin conçus pour refléter la chaleur et rester au frais. Ils ont également réalisé des films présentant un arc-en-ciel de couleurs différentes, conçus pour réfléchir ou absorber les rayons infrarouges quelle que soit leur réaction à la lumière visible.
Les chercheurs peuvent ajuster spécifiquement les propriétés de couleur et de chaleur de ce nouveau matériau afin de répondre aux exigences de nombreuses applications diverses, notamment les façades de bâtiments, les fenêtres et les toits colorés et réfléchissant la chaleur, des revêtements absorbant la lumière et dissipant la chaleur pour panneaux solaires, et des tissus légers pour vêtements, vêtements de plein air, tentes et sacs à dos – tous conçus pour piéger ou refléter la chaleur, en fonction de l’environnement dans lequel ils seraient utilisés.
Svetlana Boriskina, chercheuse au département de génie mécanique du MIT, est l’auteur d’une étude publiée dans la revue Optical Materials Express , qui décrit la nouvelle technique d’ingénierie des matériaux. Ses coauteurs du MIT sont Luis Marcelo Lozano, Seongdon Hong, Yi Huang, Hadi Zandavi, Yoichiro Tsurimaki, Jiawei Zhou, Yanfei Xu, Gang Chen, Carl Richard Soderberg, Yassine Ait El Aoud et Richard Osgood.
Au cours des dernières années, le laboratoire de Chen a cherché des moyens de manipuler des matériaux polymères souples et légers afin de conduire la chaleur plutôt que de l’isoler, principalement pour des applications en électronique. Dans des travaux antérieurs, les chercheurs ont découvert qu’en étirant soigneusement les polymères tels que le polyéthylène, ils pouvaient modifier la structure interne du matériau de manière à modifier également ses propriétés de conduction thermique.
Boriskina a adapté cette technique de fabrication des polymères en ajoutant une touche de couleur. Pour fabriquer les films colorés, l’équipe a commencé par utiliser un mélange de poudre de polyéthylène et de solvant chimique, auquel ils ont ajouté certaines nanoparticules afin de conférer au film la couleur souhaitée. L’équipe a ensuite fixé chaque film contenant des nanoparticules sur un appareil rouleau à rouleau, qu’ils ont chauffé pour le ramollir, le rendant ainsi plus malléable du fait que les chercheurs ont soigneusement étiré le matériau.En étirant chaque film, ils ont constaté, sans surprise, que le matériau devenait plus transparent.
Les chercheurs ont également constaté que moins ils étiraient le matériau, plus il était isolant, retenait la chaleur et formait des points chauds au sein des enchevêtrements de polymères. En contrôlant le degré d’étirement du matériau, Boriskina pourrait contrôler les propriétés thermoconductrices du polyéthylène, quelle que soit la couleur du matériau. Elle a également choisi avec soin les nanoparticules, non seulement par leur couleur visuelle, mais également par leurs interactions avec la chaleur radiative invisible. Selon elle, les chercheurs peuvent potentiellement utiliser cette technique pour produire des films polymères minces, flexibles et colorés, capables de conduire ou d’isoler la chaleur, en fonction de l’application.
À l’avenir, elle prévoit de lancer un site Web proposant des algorithmes permettant de calculer la couleur et les propriétés thermiques d’un matériau, en fonction de ses dimensions et de sa structure interne. En plus des films, son groupe travaille maintenant à la fabrication de fils de polyéthylène contenant des nanoparticules, qui peuvent être cousus ensemble pour former des vêtements légers, conçus pour être isolants ou pour refroidir.
Source: http://news.mit.edu/ – 02/04/19
Image: Felice Frankel