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Nouveaux matériaux nano-architecturés tridimensionnels

Lors de son séjour à Caltech auquel la chaire a participé financièrement, Stéphane Delalande a participé à la mise au point de treillis tridimensionnels métalliques nano-architecturés. La plupart des méthodes existantes pour la fabrication additive (AM) de métaux sont intrinsèquement limitées à une résolution de 20 à 50 µm. Ici, un processus basé sur la lithographie a été mis au point pour créer des métaux complexes nano-architecturés en 3D avec une résolution proche de 100 nm. Des matériaux hybrides organiques-inorganiques contenant des grappes de nickel sont d’abord synthétisés pour produire un composé riche en métal, puis une lithographie à deux photons est utilisée pour sculpter des architectures 3D qui sont ensuite pyrolisées pour volatiliser les matières organiques. Cela conduit à des micro-structures possédant une teneur en nickel supérieure à 90%. Les résultats ont été publiés en 2018 dans nature Communications ["Additive Manufacturing of 3D Nano-Architected Metals" by Andrey Vyatskikh, Stéphane Delalande, Akira Kudo, Xuan Zhang, Carlos Portela, and Julia Greer, Paper #NCOMMS-17-24932B].

En parallèle avec les procédés de fabrication mécanique de matériaux métalliques, des problématiques liées aux structures en matériaux polymères ont également été abordées dans le cadre du séjour à ETH Zürich d’Andrei Constantinescu, au sein de l’équipe du Prof. Chiara Daraio (ETH Zurich Suisse / Caltech, Pasadena, USA), séjour auquel la chaire a participé financièrement. La lithographie à deux photons est également utilisée ici dans le cadre de matériaux polymères. Des mesures expérimentales et des simulations numériques sur des micro-lattices ont permis de mettre en évidence l’effet de la topologie de la structure ainsi que de la densité sur les propriétés viscoélastiques macroscopiques de la structure (S Krödel, J L Li, A Constantinescu, C Daraio, Material Design, 130, 2017). Plus précisément, au-delà d’une densité relative de 50% on remarque que l’énergie dissipée dans la microlattice est supérieure à celle d’un matériau de volume équivalent, ce qui permet d’imaginer la fabrication de matériaux architecturés possédant de meilleures propriétés d’absorption. Pour des structures minces, le contrôle des contraintes résiduelles de fabrication a permis l’impression de structures auto-pliables, i.e. boules en forme de fleurs de lotus, etc [AA Bauhofer, S Krödel, J Rys, OR Bilal, A Constantinescu, C Daraio, Advanced Materials, 29 (42), 2017].