Recherche « ancien » Le Mxène (un nanomatériau bidimensionnel) a fait un bond en avant grâce à une équipe internationale de chercheurs.
Dirigé par l’université Drexel qui l’a découvert il y a dix ans, le groupe a testé les propriétés du matériau à l’aide des dernières technologies disponibles, mettant en évidence ses qualités thermorégulatrices.
En fait, l’équipe a vérifié que, grâce à la capacité du MXène à réguler le passage du rayonnement infrarouge ambiant (ici toutes les études réalisées en 2011, date de la découverte du MXène) le matériau pourrait permettre de nombreuses avancées en matière de vêtements thermiques, d’éléments chauffants et de nouveaux matériaux pour le chauffage et le refroidissement par rayonnement.
Le groupe, composé de chercheurs en science des matériaux et en optoélectronique de Drexel et de chercheurs en informatique de l’université de Pennsylvanie, a récemment présenté ses conclusions sur les capacités de chauffage et de refroidissement radiatif associées au MXène dans un article intitulé « Versatility of infrared properties of MXene » (Versatilité des propriétés infrarouges du MXène). publié dans Les matériaux aujourd’hui.
« Cette recherche révèle un autre aspect de la polyvalence des matériaux à base de MXène.a déclaré Yury Gogotsi, PhD, professeur distingué de l’université et titulaire de la chaire Bach au collège d’ingénierie de Drexel, qui a dirigé la recherche, en ajoutant :
« Les revêtements de MXène possèdent une capacité exceptionnelle à contenir ou à émettre un rayonnement infrarouge tout en restant extrêmement fins – 200 à 300 fois plus fins qu’un cheveu humain – légers et flexibles, pourraient trouver des applications à la fois dans la gestion thermique localisée et dans les systèmes de chauffage et de refroidissement radiatifs à grande échelle. Le chauffage et le refroidissement passifs par infrarouge présentent des avantages considérables par rapport aux systèmes actifs traditionnels, qui nécessitent de l’énergie électrique pour fonctionner »..
Les MXènes sont une famille de nanomatériaux bidimensionnels découverts à l’origine par des chercheurs de Drexel en 2011qui, grâce à leur composition et à leur structure bidimensionnelles, ont progressivement se sont progressivement révélés exceptionnels pour conduire l’électricité, stocker l’énergie électrique, filtrer les composés chimiques et bloquer les radiations électromagnétiques.
Au fil des ans, les spécialistes des matériaux ont produit et étudié des différents MXènes avec des compositions chimiques variées, ce qui a permis de découvrir de nombreuses applications.
La récente découverte a permis à l’équipe a testé et mesuré la capacité de 10 compositions différentes de MXène à aider ou à entraver le passage du rayonnement infrarouge. – une mesure appelée « émissivité » – qui est liée à leur capacité d’absorption du rayonnement infrarouge. capacité à capter ou à dissiper passivement la chaleur ambiante.
« Nous savions, grâce à des recherches antérieures, que les MXenes sont tout à fait capables de de réfléchir ou d’absorber les ondes radio et les micro-ondespuis observer les leur interaction avec le rayonnement infrarougedont la longueur d’onde est beaucoup plus courte, était l’étape suivante »., a déclaré Danzhen Zhang, co-doctorant dans le laboratoire de Gogotsi et co-auteur de l’article.
« L’avantage de pouvoir contrôler le passage du rayonnement infrarouge est que nous pouvons utiliser ce type de rayonnement pour le chauffage passif – si nous pouvons le contenir – ou le refroidissement passif – si nous pouvons le dissiper. Les MXenes que nous avons testés ont montré que peut faire les deuxen fonction de leur composition élémentaire et du nombre de couches atomiques »..
Par rapport aux matériaux de refroidissement passif disponibles sur le marché aujourd’hui, qui reposent uniquement sur la technologie de l’eau, les matériaux de refroidissement passif sont plus efficaces. sur la respirabilité du tissules tissus enduits de MXene peuvent « encore mieux, explique Tetiana Hryhorchuk, doctorante dans le laboratoire de Gogotsi et co-auteur de la recherche.
En effet, les tissus recouverts de nanomatériaux ont la capacité supplémentaire de réfléchir le rayonnement infrarouge externeet d’éviter l’échauffement dû à la lumière du soleil, ce qui permet également aux le passage du rayonnement infrarouge émis par le corps.
Les chercheurs ont également constaté que les MXenes de carbure de titane a fait preuve d’une bouclier thermique, tandis que ceux de carbure de niobium pourrait dissiper efficacement la chaleur.
En fait, l’équipe a vérifié comment la température d’un objet (recouvert d’une couche ultrafine de carbure de niobium)placé pendant cinq minutes sur un plaque de cuisson préchauffée à 110 degrés Celsius, augmentée de seulement 43 degrés.
Une émissivité élevée, comme dans le carbure de niobium, est également possible dans les matériaux diélectriques.a déclaré Gogotsi :
« En outre, la MXeni combinent cette capacité avec la conductivité électriquece qui signifie que ces MXènes peuvent être utilisés également comme éléments chauffants électriques actifs avec une alimentation en énergie externe« .
Au cours des essais, le MXene a recouvert des matériaux, même avec une fine couche, ont mieux protégé le rayonnement infrarouge que les métaux polis.qui sont actuellement les matériaux commerciaux les plus performants.
L’équipe a teint un T-shirt en coton (couleur noir) avec une solution MXène de carbure de titane et a utilisé une caméra infrarouge pour surveiller la température d’une personne qui le porte.
L’équipe pluridisciplinaire a teint une chemise en coton avec du MXène (de couleur noire) puis, à l’aide d’une caméra thermique, a vérifié la différence de protection contre la chaleur par rapport à une chemise en coton non traitée, de couleur blanche.
Les résultats ont montré que le T-shirt enduit de MXène protégeait efficacement de la chaleur extérieure, maintenant la température corporelle de l’utilisateur à environ 10-15 degrés Celsius de moins que celle d’une personne portant un T-shirt normal.
Le MXène peut donc également être intégré dans des vêtements légers et.., en fonction de leur composition, peuvent maintenir le porteur au chaud ou au frais.
« Les vêtements thermiques commerciaux utilisent des fibres polymères très fines à faible conductivité thermique, par exemple la laine polaire., a déclaré Lingyi Bi, chercheur doctorant dans le laboratoire de Gogotsi et expert en textiles.
« Ils nous gardent au chaud en minimisant le transfert de chaleur à travers le tissu ; pour y parvenir efficacement, ils doivent être très épais. Mais le MXène nous garde au chaud principalement en empêchant la chaleur corporelle de s’échapper sous forme de rayonnement infrarouge. Par conséquent, un revêtement de MXene plus fin que la soie pourrait fournir un chauffage efficace. C’est le même principe que celui utilisé dans les couvertures thermiques en Mylar que les coureurs portent après une course par temps froid..
En outre, l’application de Mxene sur un T-shirt est un processus beaucoup plus simple, plus pratique et plus rapide que celui requis pour la plupart des vêtements thermiques.
