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Des polymères qui conduisent la chaleur - Par : Hanen Hattab,

Des polymères qui conduisent la chaleur


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Polymères

Achetée sur Istock.com. Droits d’auteur.

La conductivité thermique est importante dans plusieurs applications industrielles, ce qui disqualifie a priori les polymères, considérés comme d’excellents matériaux d’isolation. Mais plus pour longtemps.

Des scientifiques du Massachussetts Institute of Technologies (MIT) ont conçu une pellicule de polymère capable de mieux conduire la chaleur que l’acier et la céramique. Cette découverte ouvrira la voie à de toutes nouvelles applications industrielles.

L’histoire a commencé en 2010, lorsque l’équipe de chercheurs a réussi à fabriquer une fibre en polyéthylène ayant une conductivité thermique proche de celle des métaux et 300 fois plus importante que celle d’un polyéthylène ordinaire. Par la suite, en utilisant de la poudre de polyéthylène, elle a conçu un film en polymère qui conduit la chaleur. Les chercheurs qui ont mené ce projet sont Yanfei Xu, Daniel Kraemer, Bai Song, Jiawei Zhou, James Loomis, Jianjian Wang, Mingda Li, Hadi Ghasemi, Xiaopeng Huang, Xiaobo Li et Gang Chen du Department of Mechanical Engineering, du MIT.

Dans cette étude intitulée « Nanostructured polymer films with metal-like thermal conductivity », publiée le 16 avril dans la revue Nature Communications, ils ont présenté un nouveau procédé de fabrication de film en polyéthylène ayant mené à des valeurs de conductivité thermique élevées. Ils ont également conçu un appareil permettant de tester la conduction thermique du matériau et effectué des analyses d’images microscopiques.

Fabrication et tests

Les polymères sont constitués de chaînes de macromolécules engendrées par polymérisation. Comme l’explique la vidéo suivante la polymérisation est la réaction chimique qui conduit à la formation du polymère en présence de réactifs et d’un catalyseur, sous l’action de la chaleur et de la pression.

La plupart des polymères sont constitués de chaînes moléculaires entremêlées, ce qui empêche la circulation de la chaleur. L’équipe a conclu qu’il fallait fabriquer une pellicule ayant des chaînes moléculaires parallèles, ce qui permettrait de mieux conduire la chaleur. Pour ce faire, les chercheurs ont créé un procédé qui permet de démêler les chaînes en deux étapes, soit à l’étape de la polymérisation, lors de la dissolution de la poudre de polyéthylène semi-cristalline dans une solution à base de décaline (décahydronaphtalène) et à l’étape de l’extrusion.

Par la suite, le polymère a été projeté sur une plaque refroidie à l’azote liquide pour former un film épais. Ce dernier a enfin été étiré par une machine afin d’obtenir une pellicule en plastique très mince.

Grâce à un appareil de mesure conçu dans le cadre de ce projet, les chercheurs ont prouvé que le film présentait une thermoconductivité de 62 Wm−1 K−1, une valeur surprenante pour un polymère sachant que la conductivité de l’acier est de 15 Wm−1 K−1. Cette conductivité permet l’utilisation du polymère pour la fabrication des composants électroniques.

Pour observer le comportement du film, l’équipe a mené des analyses en utilisant une méthode de diffusion des rayons X au Laboratoire national d’Argonne, dans l’Illinois. Ils ont pu constater que moins les chaînes étaient entortillées, plus le polymère présentait une bonne thermoconductivité. Ces observations pourraient notamment contribuer à mettre au point d’autres polymères conduisant efficacement la chaleur.

Par ailleurs, le film ne conduit la chaleur que sur la longueur des fibres pour l’instant, c’est-à-dire suivant une direction bien déterminée. Or idéalement, il devrait dissiper la chaleur dans toutes les directions. De fait, cette recherche se poursuivra afin de créer des polymères dont la structure permet la circulation de la chaleur suivant les trois axes.

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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