Un matériau inspiré de l'ours polaire pourrait être l'avenir des textiles isolants

Une nouvelle fibre d’aérogel, inspirée de la fourrure d’ours polaire, peut être tricotée pour fabriquer des vêtements isolants aussi chauds qu’une doudoune avec un cinquième de son épaisseur. Le matériau solide et extensible peut être teint et lavé sans montrer de signes de dégradation.

«Cette recherche marque une avancée significative dans la lutte contre les limitations des aérogels dans les textiles, facilitant la création de fibres à base d’aérogel à hautes performances mécaniques, extensibles et multifonctionnelles», déclare Shengjie Ling, chimiste des matériaux à l’université technologique de Shanghai, en Chine, qui n’a pas participé. dans la recherche. « La percée cruciale dans la fabrication de fibres d’aérogel extensibles, lavables et pouvant être teintes, recèle un potentiel de transformation pour l’industrie textile. »

Des tests dans un environnement froid de –20°C ont démontré la qualité isolante supérieure du matériau EAF par rapport aux autres textiles. L’épaisseur de chaque vêtement est indiquée dans les cases noires en bas de chaque image

Les aérogels sont des gels synthétiques fabriqués en remplaçant leur composant liquide par du gaz pour créer une substance légère avec une très faible conductivité thermique. Lancés pour la première fois dans les années 1930, les aérogels ont trouvé des applications comme agents épaississants, matériaux de construction, dispositifs de stockage d’énergie et bien plus encore, mais leur utilisation dans les textiles a été limitée par des problèmes de transformation. Les fibres d’aérogel les plus isolantes ont tendance à être trop fragiles pour les processus traditionnels de tissage et de nettoyage.

Désormais, imitant la structure creuse et la structure dense de la fourrure de l’ours polaire, une équipe de l’Université du Zhejiang, en Chine, a encapsulé des fibres d’aérogel dans une couche fine et extensible de polyuréthane thermoplastique pour produire un matériau mécaniquement robuste. Leur méthode consiste d’abord à congeler une solution de polymère de chitosane qui est transformée en une fibre continue. La fibre est ensuite lyophilisée et enduite d’une solution de polyuréthane thermoplastique (TPU).

Images au microscope électronique à balayage comparant un poil d'ours polaire à une fibre d'aérogel encapsulée. Les deux ont une coquille dense et un noyau poreux, mais les poils de l'ours polaire ont une coquille plus épaisse et sont environ dix fois plus fins que ceux de l'EAF.

Images en microscopie électronique d’un poil d’ours polaire (à gauche) et de l’EAF (à droite)

Le résultat est une fibre d’aérogel encapsulée (EAF) durable avec une structure noyau-coquille biomimétique, dont la porosité interne peut facilement être ajustée. La couche d’encapsulation dense offre résistance et protection au noyau. Les EAF peuvent retrouver leur longueur d’origine après un étirement jusqu’à 1 000 % de déformation, tandis qu’une seule fibre de 500 μm de large peut soulever un poids de 500 g.

Grâce à la couche d’encapsulation protectrice, les EAF conviennent au tricotage pour obtenir des textiles remarquablement chauds. Un pull fabriqué à partir d’EAF était cinq fois plus fin qu’une doudoune mais fournissait la même chaleur lorsqu’il était testé dans un environnement de -20°C. Le vêtement n’a également présenté aucune dégradation après un cycle de lavage en machine conventionnel et peut être rendu coloré en incorporant divers colorants dans les solutions d’essorage pendant l’essorage à froid.

Un gros ours polaire marchant dans la neige

Inspirées de la fourrure d’ours polaire, les nouvelles fibres d’aérogel encapsulées démontrent des propriétés isolantes exceptionnelles dans les environnements froids

Les EAF sont également prometteurs du point de vue environnemental, explique Ling, qui note que les principaux matériaux – le chitosane et le TPU – peuvent provenir de sources durables.

Xuetong Zhang, un scientifique des matériaux qui occupe des postes à l’Académie chinoise des sciences à Suzhou, en Chine, et à l’University College de Londres, au Royaume-Uni, explique que les principaux défis liés à la commercialisation des EAF sont liés à l’efficacité avec laquelle ils peuvent être produits. Selon Zhang, la vitesse de filage humide des fibres d’aérogel est actuellement d’environ 20 millions de mètres par minute, ce qui est beaucoup plus lent que les processus utilisés pour produire des fibres traditionnelles, qui peuvent atteindre des vitesses de 5 000 m/min. «De plus, bien que le filage continu et le séchage par lots aient été établis pour les fibres d’aérogel, une stratégie réalisable pour relier les deux processus afin de réaliser un processus entièrement continu reste insaisissable», ajoute-t-il.

Malgré ces défis, Zhang estime que les fibres d’aérogel pourraient un jour être utilisées dans de nombreuses autres applications au-delà des textiles, notamment l’adsorption, la séparation, l’optique, l’énergie et les sciences biomédicales. «Les riches nanopores des fibres d’aérogel peuvent piéger différents matériaux invités, tels que des molécules, des nanoparticules et des liquides fonctionnels pour de nombreuses applications», note-t-il.