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Un nouveau matériau flexible pour fenêtres "intelligentes"

par Chargé(e) de communication - 21 novembre 2016 ( maj : 8 décembre 2016 )

Une équipe internationale comprenant un chercheur de l’Institut des sciences de la Terre (ISTerre/OSUG, CNRS / UGA / IRD / IFSTTAR / Université de Savoie) vient de mettre au point un nouveau matériau susceptible d’être utilisé dans des fenêtres intelligentes et flexibles. Incorporé dans des fenêtres, des toits ouvrants ou des surfaces en verre, courbés on non, il permettra de contrôler à la fois la chaleur et la lumière du soleil. Les chercheurs ont également réalisé une caractérisation au niveau atomique de la structure de ce nouveau matériau.

L’avancée est un nouveau procédé à basse température pour le revêtement de plastiques, plus facile et moins coûteux à appliquer que les revêtements classiques effectués directement sur du verre. L’équipe a créé un dispositif électro-chromique flexible, qui peut être éclairci ou assombri par un petit voltage (environ 4 volts), contrôlant la transmission du rayonnement infrarouge proche produisant de la chaleur. Ces fenêtres intelligentes visent à économiser les factures de chauffage et de refroidissement des maisons et des entreprises.

L’équipe de recherche est dirigée par des chercheurs de l’Université d’Austin au Texas (Etats-Unis) et il comprend des scientifiques de l’ESRF et le CNRS (France), et Ikerbasque (Espagne).

Le nouveau matériau électro-chromique a une structure amorphe, de façon similaire a son homologue synthétisé à haute température, ce qui signifie que les atomes manquent l’organisation périodique que l’on trouverait dans un cristal. Il y a relativement peu d’informations sur les matériaux amorphes et sur la manière dont leurs propriétés sont touchées par la structure locale".

Une équipe de chercheurs du CNRS et de l’ESRF a fourni les outils de caractérisation de pointe pour déterminer la structure atomique du nouveau matériel, en étroite collaboration avec l’équipe de modélisation moléculaire de l’Université de Texas. En particulier, la technique de synchrotron de la ‘Pair distribution function’ (PDF) a été utilisée pour montrer un arrangement atomistique unique d’atomes dans une structure en forme de chaine. Alors que les matériaux amorphes classiques produits à haute température ont une structure tridimensionnelle plus dense, ce nouveau matériau d’oxyde de niobium de basse dimensionnalité permet une conductivité ionique plus libre. En conséquence, cette technique de synthèse à basse température donne des matériaux deux fois plus efficaces que les matériaux traités de façon conventionnelle à haut température.

La caractérisation de ce type de matériaux à faible dimensionnalité est difficile. L’utilisation de rayons X à haute énergie en combinaison avec l’effort de modélisation moléculaire a été un élément clé.
Les connaissances acquises ici pourraient inspirer le design de matériaux amorphes pour d’autres applications, telles que des super-condensateurs stockant et libérant plus rapidement et efficacement l’énergie électrique.

Source :
Linear topology in amorphous metal oxide electrochromic networks obtained via low-temperature solution processing, Llordés A. et al, Nature Materials, Vol 15, September 2016. DOI : 10.1038/NMAT4734

Contact scientifique local :
- Alejandro Fernandez-Martinez, ISTerre/OSUG : alex.fernandez-martinez (at) univ-grenoble-alpes.fr 04 76 63 51 97

Cette actualité est également relayée par
- l’institut national des sciences de l’Univers du CNRS (INSU)

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