Les scientifiques créent des matériaux résistants révolutionnaires comme l'acier, mais plus léger que le polystyrène

Grâce à l'intelligence artificielle, les chercheurs ont créé un ultra-legging et un matériau super-résistant: avec des performances plus élevées en titane et en aluminium, il pourrait transformer des secteurs tels que l'aérospatiale, l'automobile et l'énergie, améliorant l'efficacité et réduisant la consommation de carburant

Une équipe de chercheurs duUniversité de Toronto a développé un nouveau matériau qui pourrait transformer des secteurs tels que l'aérospatiale et l'automobile. Merci à l'Union entre Apprentissage automatique Et ingénierie à l'échelle nanométriqueont créé une structure de carbone qui combine résistance et légèreté extrêmesurmonter les performances des matériaux traditionnels.

Pendant des années, les ingénieurs ont essayé de développer des matériaux unir la légèreté et la résistance Pour améliorer l'efficacité dans divers secteurs, en particulier celui aérospatial, où même quelques grammes de moins peuvent se traduire en économies de carburant et les performances optimisées.

Des matériaux comme Aluminium et titane Pendant longtemps, ils ont représenté la solution la plus avancée, mais les limites actuelles. Même la fibre de carbone, bien qu'elle soit une alternative révolutionnaire, n'est pas sans défauts. Pour surmonter ces obstacles, l'équipe de recherche canadienne a exploré une approche innovante: je Nano matériaux archivés.

Ces structures, conçues à un niveau nanométrique, s'inspirent d'éléments naturels tels que Os, coquilles et ruchesOptimiser la distribution de la charge pour réduire les points faibles. Cependant, la conception de ces géométries est extrêmement complexe, car une répartition des contraintes incorrecte peut compromettre la résistance du matériau.

Pour faire face à ce défi, les chercheurs ont utilisé un Modèle d'apprentissage automatique avancé connu comme Optimisation bayésiennecapable d'identifier la configuration géométrique la plus efficace entre des millions de combinaisons possibles.

Intelligence artificielle et nanotechnologie pour des matériaux ultra-performants

Grâce à l'intelligence artificielle, l'équipe a généré des milliers de conception potentielle, en les testant avec Analyse aux éléments finisune technique de calcul qui simule le comportement des matériaux sous stress. L'algorithme a ensuite perfectionné les structures, optimisant Résistance et rigidité sans augmenter le poids.

Deuxième Peter Serlespremier auteur de l'étude publiée sur Matériaux avancésles matériaux nains conçus sont exploités par le principe de « Plus il est petit, plus il devient fort »créant des structures avec l'une des meilleures relations de résistance / poids jamais obtenues. Cependant, les géométries traditionnelles du réseau présentent coins et intersections qui concentrent le stress, provoquant fractures précoces.

L'apprentissage automatique a permis de surmonter ce problème, identifiant de nouvelles géométries qui distribuent mieux les contraintes. Une fois que les conceptions les plus prometteuses ont été sélectionnées, les chercheurs les ont imprimés en 3D Polymérisation de deux photonsune technologie capable de créer des structures avec précision nanométrique.

Les microstructures obtenues, composées de Fils en carbone très minces (300-600 nanomètres de diamètre)ont ensuite été soumis à pyrolyseun processus thermique a 900 ° C dans l'atmosphère d'azotequi a transformé le polymère en carbone en verre ultra-résistant.

Un matériau plus résistant que le titane et dix fois plus fort que l'aluminium

Les tests ont montré que ces nanoréticols optimisés offrir plus que ça double par rapport à la conception précédente, atteignant une ventilation de 2,03 mégapascal par mètre cube par kilogramme de densité.

Pour contextualiser ces données:

• Je suis 10 fois plus résistant de nombreux alliages d'aluminium légers.
• Ils dépassent 5 fois la résistance du titane.

Le secret de leur résistance extraordinaire réside dans le comportement de carbone à l'échelle nanométrique. Lorsque les dimensions des filaments sont réduites à 300 nanomètres, les atomes de carbone s'organisent en un Structure de haute puretéavec le 94% des obligations SP²similaire à ceux du graphite, qui confèrent Rigidité et résistance exceptionnelles.

Applications futures: de l'aérospatiale au transport durable

Les implications de cette découverte sont énormes. Les composants ultra-légers et super-résistants pourraient révolutionner la production de Planes, hélicoptères et véhicules spatiauxréduisant considérablement le consommation de carburant et émissions.

Selon Serles, le remplacement des parties en titane d'un avion par ce matériel pourrait économiser de l'argent 80 litres de carburant par an pour chaque kilogramme de matériaux remplacés.

La prochaine étape pour les chercheurs sera production Pour créer des composants macroscopiques à des coûts durables, tout en explorant de nouvelles géométries pour obtenir Encore plus léger et des matériaux performants.

Cette innovation, publiée sur Matériaux avancésmarque un tournant dans la science des matériaux, avec des applications potentielles dans des secteurs allant deaéronautiques au robotiquejusqu'au médecine.

Source: Matériaux avancés