Synergistic thermal conduction and electromagnetic shielding in nickel foam-based composite via boron nitride and high- entropy oxide@Ag
Cette étude présente un composite multifonctionnel à base de mousse de nickel utilisant une combinaison synergique de nanofeuillets de nitrure de bore et de charges cœur-coquille de type oxyde à haute entropie@Ag au sein d'une matrice de polyuréthane en dispersion aqueuse afin de réaliser simultanément une conductivité thermique considérablement accrue et un blindage contre les interférences électromagnétiques supérieur dominé par l'absorption d'ondes.
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Imaginez que votre smartphone ou votre console de jeux préférée soit une ville bouillonnante. À l'intérieur, des millions de petits travailleurs électroniques courent dans tous les sens, traitant des données et maintenant les lumières allumées. Mais comme toute ville très active, celle-ci présente deux problèmes majeurs. Premièrement, tout ce travail acharné génère beaucoup de chaleur. Si la ville devient trop chaude, les bâtiments (les puces) peuvent fondre ou s'arrêter, entraînant un « emballement thermique » où tout cesse de fonctionner. Deuxièmement, ces travailleurs passent leur temps à se crier dessus avec des ondes radio invisibles. S'ils crient trop fort ou sans direction, leurs signaux se mélangent, provoquant une corruption des données et des interférences avec les appareils voisins. C'est ce qu'on appelle l'interférence électromagnétique, ou EMI.
Pour résoudre ces problèmes, les scientifiques recherchent des matériaux capables d'agir comme un urbaniste super efficace. Ils ont besoin de quelque chose qui puisse absorber l'excès de chaleur pour garder la ville au frais, tout en agissant comme un mur insonorisé pour empêcher le bruit radio de s'échapper ou de s'infiltrer. Traditionnellement, les matériaux étaient bons pour une tâche mais mauvais pour l'autre. Certains métaux étaient excellents pour bloquer le bruit mais très mauvais pour déplacer la chaleur, tandis que certaines céramiques déplaçaient bien la chaleur mais laissaient passer le bruit. L'objectif de la science moderne est de trouver un matériau « multitâche » capable de faire les deux parfaitement en même temps, garantissant que nos futurs gadgets restent frais, calmes et fiables.
Cet article de recherche raconte l'histoire de la façon dont une équipe de scientifiques a construit un tel matériau super-héros multitâche. Ils ont commencé par un métal spongieux simple appelé mousse de nickel, qui ressemble à un nid d'abeille microscopique fait de fils. Considérez cette mousse comme le squelette d'un bâtiment. En soi, ce squelette est très bon pour bloquer certains bruits radio, mais il n'est pas très efficace pour évacuer la chaleur, et il se contente principalement de renvoyer le bruit vers l'extérieur, ce qui peut poser des problèmes aux voisins.
Pour améliorer ce squelette, les scientifiques ont rempli ses minuscules trous avec un « béton » spécial fait de polyuréthane à base d'eau (un type de plastique). Mais ils n'ont pas utilisé du simple béton ; ils y ont ajouté deux ingrédients secrets. Le premier était des nanofeuillets de nitrure de bore (BN). Imaginez-les comme des tuiles microscopiques, plates et glissantes, qui sont incroyablement douées pour conduire la chaleur. Lorsqu'ils sont dispersés à l'intérieur du plastique, ils créent une autoroute pour que la chaleur puisse circuler, empêchant ainsi le matériau de chauffer. Le deuxième ingrédient était une charge complexe et de haute technologie : un noyau fait d'un « oxyde à haute entropie » (un mélange sophistiqué de cinq métaux différents dans une structure cristalline) recouvert d'une coque brillante d'argent.
Le noyau d'oxyde à haute entropie agit comme une éponge pour les ondes électromagnétiques. Au lieu de simplement renvoyer les ondes à la surface comme un miroir, il les laisse entrer et les piège, transformant leur énergie en une petite quantité de chaleur qui est absorbée. La coque d'argent ajoute une couche de super-conductivité, aidant à bloquer et à réfléchir toutes les ondes qui tenteraient de s'infiltrer. En combinant le squelette de mousse de nickel, les tuiles conductrices de chaleur en BN et les particules à revêtement d'argent absorbant les ondes, l'équipe a créé un matériau composite qui est un maître de la gestion thermique et du blocage du bruit.
Les résultats ont été impressionnants. L'équipe a mesuré la capacité de conduction thermique de ce nouveau matériau et a constaté qu'il atteignait 0,91 W/m·K. Bien que ce chiffre puisse paraître petit pour un physicien, il est près de trois fois supérieur au plastique ordinaire avec lequel ils ont commencé, prouvant que les « tuiles » conductrices de chaleur ont fonctionné exactement comme prévu. En ce qui concerne le blocage du bruit électromagnétique, le matériau a été encore plus performant. Il a atteint une efficacité de blindage électromagnétique de 67,2 dB. Pour donner une idée, c'est un niveau de protection très élevé, ce qui signifie qu'il bloque presque toutes les interférences.
Ce qui rend cette découverte particulièrement ingénieuse, c'est la manière dont elle bloque le bruit. Les scientifiques ont découvert que les noyaux revêtus d'argent ont changé la donne. Au lieu de simplement réfléchir les ondes (ce qui peut causer des problèmes d'écho), le matériau a permis à davantage d'ondes d'entrer pour ensuite les absorber. L'oxyde à haute entropie aide les ondes à « s'accorder » avec le matériau afin qu'elles puissent pénétrer à l'intérieur, et l'argent aide à dissiper cette énergie. Des simulations informatiques ont confirmé ces résultats, montant que les ondes perdaient effectivement de leur intensité au fur et à mesure de leur trajet à travers le matériau.
En résumé, cet article démontre qu'en superposant soigneusement différents matériaux — un squelette de mousse métallique, des feuilles conductrices de chaleur et des particules à revêtement d'argent absorbant les ondes — les scientifiques peuvent créer un matériau qui résout deux problèmes critiques à la fois. Il permet de maintenir l'électronique au frais et d'empêcher les interférences entre les appareils, offrant une nouvelle voie prometteuse pour la construction de la prochaine génération de gadgets de haute performance.
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