[News] Avancée majeure de la compréhension des transferts de chaleur dans les nanocomposites

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Redbran
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[News] Avancée majeure de la compréhension des transferts de chaleur dans les nanocomposites

Message par Redbran » 09/01/2019 - 14:00:17

En collaboration avec l’Université d’Aristote de Thessalonique, des chercheurs de plusieurs laboratoires CNRS ont mis en évidence l’impact de la microstructure d’un matériau nanocomposite sur sa capacité à transporter la chaleur. Ces nouvelles connaissances, publiées dans la revue Nanoscale, pourraient bénéficier aux applications nécessitant un contrôle thermique telles que la conversion de chaleur en électricité.

Image
© CETHIL / INL / LEMTA
Percolation de phonons dans le réseau d’inclusions
Système modélisé : matrice amorphe de SiO2 avec des nano-inclusions cristallines de nitrure de gallium. Des ondes se propageant entre les inclusions sont représentées pour schématiser l’effet tunnel des phonons et donc la percolation exaltée.
Face à l’urgence énergétique actuelle, la maîtrise de la chaleur constitue un grand défi sociétal. Cette nouvelle étude apporte une compréhension significative du transport thermique dans des matériaux nanocomposites. Ces travaux, basés sur des simulations numériques (dynamique moléculaire), ont été réalisés par des chercheurs du Centre d’énergétique et de thermique de Lyon (CETHIL, CNRS/INSA Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1), de l’Institut lumière matière (ILM, CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1) et du Laboratoire d’énergie et de mécanique théorique et appliquée (LEMTA, CNRS/Université de Lorraine). Les chercheurs se sont intéressés à un nanocomposite constitué d’une matrice en silice, thermiquement isolante, dans laquelle ils ont introduit des nanograins formant une structure cristalline thermiquement conductrice de nitrure de galium (GaN). Aux petites échelles, la chaleur est associée aux vibrations des atomes appelées phonons.

L’étude démontre qu’une faible quantité de GaN (5%) suffit à engendrer un flux de chaleur important au sein du matériau. En effet, cette structure ordonnée favorise un effet tunnel des phonons à travers la silice et donc le transport de chaleur d’une nanoparticule à une autre. Ce résultat surprenant va à l’encontre du comportement prédit par les lois de la physique à l’échelle macroscopique. Ainsi, en modifiant l’organisation et l’orientation des nanoparticules, la conductivité du matériau peut être contrôlée selon les besoins. Cette découverte pourrait servir aux applications technologiques pour lesquelles une meilleure évacuation de la chaleur est visée, mais aussi aux applications thermoélectriques, pour lesquelles on cherche à inhiber le transport de la chaleur.

Références publication:
Enhanced thermal conductivity in percolating nanocomposites: a molecular dynamics investigation,
K. Termentzidis, V. M. Giordano, M. Katsikini, E. C. Paloura, G. Pernot, M. Verdier, D. Lacroix, I. Karakostas and J.Kioseoglou
Nanoscale, Vol. 10 (2018)
DOI: 10.1039/C8NR05734F

Contact chercheurs:
Konstantinos Termentzidis – CETHIL
Valentina Giordano - INL

Source: CNRS-INSIS

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