L’industrie moderne nécessite une conception performante multidimensionnelle des matériaux structurels de protection. Dans la nature, de nombreux organismes conservent la résistance mécanique nécessaire à leur défense tout en obtenant des effets de camouflage. Parmi eux, la nacre démontre une ténacité bien au-delà de ses composants constitutifs en raison de sa microstructure sophistiquée à plusieurs niveaux. Comment appliquer efficacement cette conception structurelle aux systèmes de matériaux d’ingénierie reste un défi.
Dans une étude publiée dans Matériaux avancésune équipe de recherche dirigée par l'académicien Yu Shuhong de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences a rapporté une conception intégrée structure-fonction d'alumine nacre-mimétique (Al2Ô3) à base de composites (NMA). Ce matériau composite NMA possède non seulement une personnalisation unique des couleurs et une excellente transparence des vagues, mais il offre également une légèreté, une résistance élevée, une ténacité élevée et une résistance aux chocs exceptionnelle.
Les chercheurs ont proposé une stratégie de conception d’interface à double oxyde. En construisant des structures de ponts minéraux entre microplaques d'alumine (MP), la résistance mécanique et la ténacité ont été considérablement améliorées. En régulant la composition chimique de l’interface MP assemblée par le biais de réactions en phase solide, une coloration contrôlable a été obtenue.
De plus, les chercheurs ont préparé un nouveau type de composites NMA par assemblage par auto-évaporation et frittage à haute température. Il a été constaté que la ténacité à la rupture de ce composite biomimétique était plus de trois fois supérieure à celle de la céramique d'alumine commerciale, et que l'énergie d'impact absorbée atteignait plus de quatre fois celle de la céramique d'alumine commerciale.
Compte tenu des conditions structurelles favorables des composites NMA pour la transmission des ondes électromagnétiques (EM), les chercheurs ont proposé une nouvelle conception pour la transmission des ondes EM. La transmission des ondes est devenue plus efficace, ce qui est dû aux canaux de transmission des ondes à l'échelle micrométrique formés par la structure céramique en couches et le polymère à faible constante diélectrique et à l'orientation verticale de l'axe optique des MP d'oxyde d'aluminium monocristallin.
L'étude réalise l'amélioration synergique des propriétés mécaniques et des performances de la transmission EM, fournissant ainsi des plates-formes pour de futures applications dans le domaine de l'aérospatiale, de la navigation et de l'électronique.
