Des routes aux cieux – le « Nano‑stitching » pourrait inaugurer une vague de véhicules de prochaine génération

A étude publiée dans la revue scientifique ACS Applied Materials (AMAT ) and Interfaces présente une méthode innovante d’assemblage des matériaux composites appelée nano‑stitching. Ce processus combine des laminés en fibre de carbone à faible épaisseur pour créer une liaison de type velcro entre les couches. Le résultat est un matériau plus durable et léger capable de résister à des environnements extrêmes. Voici ce que vous devez savoir sur le nano‑stitching et comment il pourrait changer le monde dans lequel vous vivez.

Qu’est‑ce que le Nano‑Stitching ?

Le nano‑stitching est un processus d’assemblage des couches composites à l’aide de tubes de carbone verticaux cultivés en laboratoire. Ces tubes creux sont créés grâce à un procédé spécial de dépôt chimique en phase vapeur. Cette vapeur réagit avec d’autres catalyseurs pendant le processus de cuisson.
Le carbone se dépose à la surface sous forme d’une forêt microscopique de nanotubes. Ces tubes microscopiques peuvent créer des milliards de liaisons lorsqu’ils sont intercalés entre des couches de laminé en fibre de carbone à faible épaisseur. Ces couches fines ne mesurent qu’environ 50 micromètres de largeur. Cette épaisseur représente environ un tiers de l’épaisseur d’un cheveu à titre de comparaison.

La fine forêt se lie à elle-même comme du velcro pour créer une connexion uniforme et durable. Cette résistance supplémentaire pourrait avoir des répercussions dans de nombreuses industries. Ainsi, toute industrie utilisant des composites pourrait bénéficier de cette technologie et l’exploiter pour préserver l’intégrité structurelle.

Problèmes que le Nanostitching aide à résoudre

De nombreux problèmes pourraient être atténués grâce au nano‑stitching. Par exemple, les matériaux composites présentent souvent de minuscules fissures au sein de leurs couches, difficiles à détecter. Ces fissures peuvent soudainement s’élargir et entraîner la séparation ou la rupture des couches.
Le Nano‑Stitching remplace la méthode actuelle de collage des couches. Grâce à ses innombrables points de contact uniformes, les déchirures, les ruptures et les fissures ne se propagent pas aussi facilement qu’avec une couche de colle séchée. Ainsi, le nano‑stitching pourrait avoir un impact considérable sur la durabilité et le poids des futurs composites.

Délamination

La délamination désigne le risque que les couches composites se séparent. La délamination constitue un problème sérieux lorsqu’on a plusieurs matériaux reliés par des adhésifs. Chaque couche ajoute un peu plus de risque de délamination dans le processus actuel. Le nano‑stitching offre une solution plus résiliente et durable pour les fabricants.

Difficile à inspecter

Il peut être difficile de détecter les dommages internes aux matériaux composites. Chaque couche ajoute une complexité supplémentaire au processus. De plus, un composite unique peut réagir différemment des autres couches selon les conditions. Dans ce cas, aucun signe extérieur n’est visible.

Les nanotubes renforcent la résistance interlaminaire grâce à des milliards de points de contact. Ce procédé pourrait réduire la nécessité de détecter ces fissures, car elles ne se propageraient pas ou ne céderaient pas de façon spectaculaire. Elles pourraient être localisées et réparées en toute sécurité grâce au nano‑stitching pour effectuer les réparations.

Faiblesses structurelles

Toute structure possède des points plus faibles que d’autres. Les ingénieurs considèrent le nano‑stitching comme le moyen idéal de renforcer les points clés de leurs créations. Imaginez un composite nano‑stitché autour de boulons ou de zones à forte charge. Ce soutien léger pourrait un jour rendre les bâtiments plus sûrs.

Processus de fabrication

La méthode actuelle d’assemblage des couches composites est inefficace. Éliminer l’utilisation d’adhésifs et lier ces couches au niveau moléculaire constitue une meilleure option offrant des résultats fiables. De plus, le procédé est plus facile à mettre en œuvre que l’utilisation d’adhésifs pour lier les couches.

Ingénieurs du MIT

Les ingénieurs du MIT sont à l’origine de ce projet prometteur. L’équipe comprenait Carolina Furtado, Reed Kopp, Xinchen Ni, Carlos Sarrado, Estelle Kalfon‑Cohen et Pedro Camanho. Elle était dirigée par le professeur d’aéronautique et d’astronautique Brian Wardle. Notamment, Wardle est le directeur du Necstlab, spécialisé dans les matériaux composites.

Tests

L’article de recherche détaille le processus de test et les résultats. La phase de test a été dirigée par Carolina Furtado. Furtado est une experte dans le domaine et a contribué à créer des modèles avancés pour atténuer les fissures.

Le test a été réalisé sur un composite avancé d’une épaisseur de seulement 3 millimètres. De façon impressionnante, les chercheurs ont nano‑stitché 60 couches de feuilles polymères pour tester la résilience aux fissures.

Le premier test a commencé par la création d’une fissure par les ingénieurs à l’endroit où les couches se rejoignent sur le bord. Ils ont ensuite mesuré la résistance et les points de rupture. Le test de délamination a vérifié la résilience de la liaison entre les couches. Ils ont constaté que les fissures ne se sont pas propagées et que la couche est restée solidement maintenue.

Applications potentielles du Nano‑Stitching

De nombreux scénarios d’utilisation montrent que le nano‑stitching pourrait avoir un impact immédiat. Le nombre d’industries et de produits utilisant des matériaux composites ne cesse de croître. Ainsi, la demande de solutions plus légères et plus résilientes augmente. Voici quelques‑unes des industries que le nano‑stitching pourrait bouleverser prochainement.

Aérospatiale

L’industrie aérospatiale a beaucoup à gagner grâce à l’amélioration des composites. Ces matériaux sont devenus l’un des principaux moyens pour les fabricants de réduire le poids et d’améliorer la durabilité. Certains composites peuvent même réfléchir les ondes radar, entre autres.

Le nano‑stitching permettrait aux fabricants de créer des structures aérospatiales de grande valeur. Les avions du futur seront plus légers et fonctionneront avec des moteurs avancés. Ils exploiteront les matériaux les plus solides et les plus légers pour améliorer l’autonomie des batteries et la durabilité.

Architecture.

Le nano‑stitching ouvre la voie à de meilleurs bâtiments et infrastructures. Imaginez des maisons imprimées en 3D capables de résister aux conditions météorologiques extrêmes. L’utilisation de matériaux composites pour construire des structures avancées comme des ponts pourrait rendre les déplacements plus sûrs pour tous.

Automobile.

Les voitures électriques existent, mais l’un de leurs plus grands inconvénients est l’autonomie de la batterie. Réduire leur poids permettrait d’allonger davantage cette autonomie et de rendre les VE plus attractifs pour un plus grand nombre de clients. Déjà, des entreprises comme TESLA intègrent des composites pour améliorer la durabilité et optimiser les processus de fabrication.

Production et stockage d’énergie

Le Nano‑Stitching rendra la production d’énergie plus efficace. Imaginez des éoliennes ou des panneaux solaires légers capables de résister à davantage de dommages avant de faillir. Ils seraient plus faciles à installer et pourraient supporter une charge supérieure à celle des modèles actuels, ce qui améliorerait l’efficacité et la disponibilité.

Ingénierie marine

L’exploration sous‑marine est une autre industrie qui utilise depuis longtemps les composites pour créer les conceptions sous‑marines les plus efficaces. Le nano‑stitching pourrait aider les humains à plonger plus profondément que jamais en permettant aux ingénieurs de concevoir des structures sous‑marines capables de résister à la pression massive des profondeurs océaniques.

Robotique

L’industrie de la robotique recherche constamment les matériaux les plus légers et les plus durables. L’intégration de composites nano‑stitchés pourrait rendre les robots plus légers et leur permettre de parcourir de plus grandes distances. Cela pourrait également aider la robotique avancée à devenir plus portable et accessible sur le marché mondial.

Le domaine des robots bio‑hybrides pourrait bénéficier d’un coup de pouce grâce à ces composites légers. Ces robots combinent des matériaux organiques avec des composants légers et souvent microscopiques. Le nano‑stitching offrirait une méthode durable pour lier les minuscules composants robotiques.

Entreprises qui pourraient bénéficier du Nano‑Stitching

De nombreuses entreprises pourraient augmenter leurs revenus et améliorer leurs produits grâce au nano‑stitching. Ces sociétés couvrent des secteurs allant des soins de santé aux applications militaires. Voici quelques entreprises qui pourraient connaître un gain immédiat si elles intègrent le nano‑stitching dans leurs modèles commerciaux.

Owens Corning

OC Graphique du prix

Owens Corning (OC ) est le plus grand fabricant mondial de composites en fibre de verre. Cette entreprise basée dans l’Ohio a été fondée en 1935 et est devenue publique en 1955. En 1985, la société a renforcé sa position sur le marché en acquérant Aerospace and Strategic Metals Group. Aujourd’hui, Owens Corning possède plus de 30 sites de production de composites.

Owens Corning pourrait utiliser le nano‑stitching pour renforcer son incursion sur le marché aérospatial. Elle pourrait fournir des composants plus résilients et consolider son positionnement. De plus, elle pourrait approfondir la recherche sur les matériaux que le nano‑stitching lie fermement.

Teijin Limited

Teijin Limited est un fabricant basé au Japon spécialisé dans la création de composites, résines, plastiques et fibres. L’entreprise est en activité depuis 1918 et demeure un pionnier du marché des composites. Actuellement, la société compte plus de 20 000 employés répartis dans 20 pays.

Le Nano‑Stitching est pertinent pour Teijin car il améliorerait de nombreux produits. L’entreprise pourrait intégrer ce mode de liaison composite sur plusieurs de ses produits actuels, réduisant ainsi le poids et améliorant l’intégrité structurelle.

Hexcel

HXL Graphique du prix

Hexcel est reconnu comme l’un des principaux fabricants de matériaux composites. Le produit phare de l’entreprise est la fabrication de nids d’abeille, principalement utilisée dans les applications aérospatiales. La structure en nid d’abeille offre un poids réduit avec une durabilité optimale.

Hexcel pourrait facilement tirer parti de l’intégration du nano‑stitching dans ses multiples secteurs. Le fabricant propose déjà des renforts en fibre de carbone et des systèmes de résine. Les produits nano‑stitchés leur conféreraient un avantage concurrentiel.

Le Nano‑Stitching pourrait alimenter la prochaine mission lunaire

L’utilisation du nano‑stitching pour améliorer les composites actuels et futurs pourrait aider les ingénieurs à développer les engins spatiaux de prochaine génération nécessaires pour atteindre d’autres mondes. Pour l’instant, de nombreux cas d’utilisation sur Terre rendent le nano‑stitching un développement intéressant.

Vous pouvez en savoir plus sur des projets de fabrication innovants ici.