Le nouveau matériau super-réseau, le Bi4O4SeCl2Le SeClmis au point par une équipe de scientifiques du Royaume-Uni et de France, combine deux arrangements différents d’atomes dont on a constaté qu’ils ralentissaient la vitesse à laquelle la chaleur se déplace dans la structure d’un solide.
La structure du matériau super-réseau Bi4O4SeCl2. Crédit image : Université de Liverpool.
“Le matériau que nous avons découvert possède la plus faible conductivité thermique de tous les solides inorganiques et est presque aussi mauvais conducteur de chaleur que l’air lui-même”, a déclaré l’auteur principal, le professeur Matt Rosseinsky, chercheur au département de chimie de l’université de Liverpool.
“Les implications de cette découverte sont importantes, tant pour la compréhension scientifique fondamentale que pour les applications pratiques dans les dispositifs thermoélectriques qui récoltent la chaleur perdue et comme revêtements de barrière thermique pour des turbines à gaz plus efficaces.”
Le Professeur Rosseinsky et ses collègues ont identifié les mécanismes responsables de la réduction du transport de chaleur dans deux composants, BiOCl et Bi2O2Se, en mesurant et en modélisant les conductivités thermiques de leurs structures.
“Combiner ces mécanismes dans un seul matériau est difficile, car nous devons contrôler exactement la façon dont les atomes sont disposés à l’intérieur”, ont-ils déclaré.
“Intuitivement, nous nous attendrions à obtenir une moyenne des propriétés physiques des deux composants”.
“En choisissant des interfaces chimiques favorables entre chacun de ces différents arrangements atomiques, nous avons synthétisé expérimentalement un matériau qui les combine tous les deux.”
Le nouveau matériau, avec deux arrangements combinés, a une conductivité thermique extrêmement faible de 0,1 W/K*m à température ambiante – beaucoup plus faible que celle des matériaux parents avec un seul arrangement.
Ce résultat inattendu montre l’effet synergique du contrôle chimique des emplacements atomiques dans la structure, et explique pourquoi les propriétés de la structure entière sont supérieures à celles des deux parties individuelles.
Le développement de nouveaux matériaux thermoélectriques plus efficaces, qui peuvent convertir la chaleur en électricité, est considéré comme une source clé d’énergie propre.
“Le résultat passionnant de cette étude est qu’il est possible d’améliorer la propriété d’un matériau en utilisant des concepts de physique complémentaires et une interface atomique appropriée”, a déclaré le Dr Jon Alaria, chercheur au département de physique de l’Université de Liverpool.
“Au-delà du transport de la chaleur, cette stratégie pourrait être appliquée à d’autres propriétés physiques fondamentales importantes telles que le magnétisme et la supraconductivité, ce qui permettrait de réduire la consommation d’énergie des ordinateurs et de transporter plus efficacement l’électricité.”
Les travaux de l’équipe ont été publiés dans la revue Science.
