Thèmes de recherche
Avancée sur la compréhension des transferts de chaleur dans les nanocomposites
Des chercheurs 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.
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.
Cette découverte fait l'objet d'un communiqué des tutelles du CETHIL :