Nouveaux Matériaux

Au programme de terminale en enseignement de spécialité de Physique Chimie il y a tout une séquence sur les matériaux. Cette fiche de révision de notre professeur traite des nouveaux matériaux et vous sera utile dans votre préparation du...

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Au programme de terminale en enseignement de spécialité de Physique Chimie il y a tout une séquence sur les matériaux. Cette fiche de révision de notre professeur traite des nouveaux matériaux et vous sera utile dans votre préparation du Baccalauréat Scientifique.

 

Depuis les tous premiers outils (silex...), les matériaux façonnés et utilisés par l'homme n'ont cessé d'évoluer. Dans tous les domaines, des innovations importantes inondent le marché : ce sont les nanotechnologies.

I - Les nano-objets

Les nano-objets sont des objets dont une, deux ou trois dimensions sont comprises entre 1 et 100 nanomètres ( échelle nanométrique). Leur très faible taille leur confère des propriétés physico-chimiques très particulières, ne pouvant s'expliquer que par la mécanique quantique. Ceci leur vaut d'être utilisés aujourd'hui dans de nombreux domaines (médecine, textile...). On en distingue plusieurs types :
  • Nanoparticules : les trois dimensions sont dans l'échelle nanométrique. Exemple : nanoparticules de dioxyde de titane (utilisées en cosmétique, notamment pour les crèmes solaires car elles ont la propriété de réfléchir les UV).
  • Nanofibres : deux de leurs dimensions sont dans l'échelle nanométrique ; la troisième dimension dépasse largement cette échelle. Ils sont mille fois plus résistants et beaucoup plus légers que l'acier. Exemple : nanotube de carbone, utilisé dans la confection de raquettes de tennis, cadres de vélos...
  • Nanofilms : 1 dimension est dans l'échelle nanométrique, les deux autres dépassent largement cette échelle. Exemple : le graphène constituant des mines de crayons.

1 - Nanomatériaux

Les nanomatériaux sont au moins en partie constitués de nano-objets. On en distingue quatre catégories :
  • Nano-objets : utilisés tel quel.
  • Matériaux nanochargés : des nano-objets sont intégrés à un matériau pour en modifier les propriétés.
  • Matériaux nanostructurés en surface : matériaux couverts de nanoparticules ou d'une ou plusieurs couches de nanofilms.
  • Matériaux nanostructurés en volume : les nano-objets sont constitutifs du matériau.

II - Les céramiques

Les céramiques sont obtenues par le traitement thermique de certains minéraux naturels. La Terre cuite rassemble tous les objets fabriqués à partir d'argile.
Il en existe un type récent. Ce sont les céramiques techniques. Elles ont de nombreuses propriétés intéressantes : résistance mécanique, dureté, isolation électrique... Elles sont également biocompatibles et sont donc utilisées en médecine pour les prothèses par exemple.

III - Les matériaux composites

Les matériaux composites sont constitués d'au moins deux matériaux non miscibles à forte capacité d'adhésion. Ils possèdent des propriétés que les deux matériaux pris isolément ne possèdent pas. Ils contiennent une matrice et un renfort.
Des nanoparticules constituent parfois le renfort (nanoparticule de silice dans les pneus pour augmenter leur durée de vie,  c'est-à-dire : leur résistance à l'usure).

IV - Le verre

Il est essentiellement constitué de silice. Cette silice est fondue (liquéfiée) puis refroidie jusqu'à sa vitrification (à la température de transition vitreuse).
Le verre est un matériau amorphe : les molécules ne sont pas ordonnées comme dans un cristal.
On apporte différents additifs aux verres pour leur conférer des propriétés particulières. Ainsi, on peut ajouter des oxydes de titane ou de zirconium pour former les vitrocéramiques, très résistantes aux chocs thermiques et mécaniques.

V - Les textiles

L'industrie du textile n'échappe pas à l'utilisation des nouveaux matériaux. On parle de textiles innovants.
Par exemple, des nanotubes de carbone sont utilisés dans la confection de nouvelles combinaisons de pompier, permettant d'informer son porteur lorsque la température extérieure dépasse un certain seuil.
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