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Les ingénieurs développent une technique pour fabriquer des matériaux adaptatifs

Des ingénieurs du US Army Research Laboratory et de l’Université du Maryland ont mis au point une technique qui rend un matériau composite plus rigide et plus résistant à la demande lorsqu’il est exposé à la lumière ultraviolette.
Ce contrôle à la demande du comportement composite pourrait permettre une variété de nouvelles capacités pour la conception, la performance et la maintenance des futurs giravions de l’Armée.
Le Dr Frank Gardea, ingénieur de recherche à l’ARL, a déclaré que l’objectif de la recherche était de contrôler comment les molécules interagissent les unes avec les autres. Il a dit que le but était de “les faire interagir de telle manière que des changements à une petite taille, ou à l’échelle nanométrique, puissent conduire à des changements observés à une plus grande taille, ou macroscopique”.
Le Dr Bryan Glaz, chef scientifique de la Direction de la technologie des véhicules d’ARL, a déclaré: «Une motivation importante pour ce travail est la volonté de concevoir de nouvelles structures, à partir de l’échelle nanométrique, pour permettre des concepts de giravions avancés, mais irréalisables. L’une des capacités les plus importantes envisagées par ces concepts est un fardeau de maintenance considérablement réduit en raison des compromis que nous faisons pour voler à grande vitesse, a-t-il déclaré.
La maintenance planifiée réduite des futures plates-formes aériennes de l’Armée de terre constitue un important moteur technologique pour les futurs concepts d’exploitation.
“Les propriétés mécaniques améliorées avec des pénalités de poids potentiellement faibles, permises par la nouvelle technique, pourraient conduire à des structures à base de nanocomposites qui permettraient des concepts de giravions que nous ne pouvons pas construire aujourd’hui”, a déclaré Glaz.
Le travail commun, récemment publié dans Interfaces de matériaux avancés , montre que ces matériaux composites pourraient devenir 93 pour cent plus rigides et 35 pour cent plus forts après une exposition de cinq minutes à la lumière ultraviolette.
La technique consiste à fixer des molécules réactives à la lumière ultraviolette à des agents de renforcement tels que des nanotubes de carbone. Ces agents de renforcement réactifs sont ensuite noyés dans un polymère. Lors de l’exposition à la lumière ultraviolette, une réaction chimique se produit de sorte que l’interaction entre les agents de renforcement et le polymère augmente, rendant ainsi le matériau plus rigide et plus résistant.
Les chercheurs ont déclaré que la chimie utilisée ici est généralement applicable à une variété de combinaisons de renforcement / polymère, étendant ainsi l’utilité de cette méthode de contrôle à un large éventail de systèmes matériels.
«Cette recherche montre qu’il est possible de contrôler la propriété matérielle globale de ces nanocomposites grâce à l’ingénierie moléculaire à l’interface entre les composants composites, ce qui est important non seulement pour la science fondamentale mais aussi pour l’optimisation de la réponse structurelle». Zhongjie Huang, chercheur postdoctoral à l’Université du Maryland.
Les chercheurs de l’Armée ont conçu cette approche fondamentale pour le potentiel de «permettre de nouvelles capacités d’anticipation à l’appui de la priorité de modernisation de l’armée de l’ascenseur vertical», ont déclaré les officiels.
“Dans ce cas, le développement de structures avancées pour permettre des capacités d’aviation de l’Armée de terre en avant-plan n’est pas réalisable actuellement en raison des limitations dans les propriétés mécaniques des matériaux actuels”, a déclaré Glaz. “Ceci est particulièrement important pour l’environnement d’exploitation futur envisagé qui nécessitera des périodes d’exploitation prolongées sans la possibilité de retourner à des bases stationnaires pour la maintenance.”
Certaines options de conception particulièrement attrayantes qui correspondent à des charges mécaniques et à des vibrations plus faibles ne sont actuellement pas réalisables en raison des limitations de l’amortissement structurel dans les structures de pale ou d’aile sans charnière.
Les structures futures basées sur ce travail peuvent aider à conduire à de nouveaux composites avec un amortissement structurel contrôlé et un faible poids qui pourraient permettre des concepts de giravions à grande vitesse et à maintenance réduite qui ne sont pas réalisables actuellement (par exemple tiltrotors souples dans le plan).
De plus, une réponse mécanique contrôlable permettra le développement de structures aérospatiales adaptatives qui pourraient potentiellement accommoder les conditions de chargement mécanique.
«Le Laboratoire de recherche militaire et ses partenaires continueront d’investir dans des technologies émergentes et inspirées des soldats qui permettront des capacités plus fiables, plus performantes et progressives, essentielles à l’avancement des plateformes de prochaine génération utilisées par les soldats», a déclaré Elias Rigas, chef de division de la division ARL Vehicle Applied Research.
La collaboration entre l’ARL et l’Université du Maryland a été cruciale dans le développement de cette méthode.
«Dans notre laboratoire à l’UMD, nous avons développé des nanomatériaux et des composés chimiques uniques, mais ce n’est que lorsque Gardea nous a approché que nous avons pris conscience du défi et de l’opportunité des matériaux composites reconfigurables», a déclaré le professeur YuHuang Wang. Chimie et biochimie à l’Université du Maryland. “Ensemble, nous avons réalisé quelque chose d’assez remarquable.”

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