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Matériaux intelligents et modernes – thermochromes, photochromes, alliage à mémoire de forme, graphène, mousse métallique, titane, fibre de carbone

TechnologieGénie mécanique16–17 ans

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Un laboratoire virtuel : chauffez ou refroidissez un pigment thermochrome, un cristal liquide thermochrome et un fil de nitinol, et éclairez une lentille photochrome aux UV ; suivez la courbe au cours du temps et notez les résultats dans un tableau. Comparez la masse volumique, la résistance, la rigidité, les conductivités électrique et thermique et le coût du graphène, des nanotubes de carbone, du composite à fibres de carbone, de l'alliage de titane, de la mousse d'aluminium et du nitinol avec l'aluminium et l'acier. Résolvez six cahiers des charges en choisissant un matériau et un composant, avec un retour sur chaque exigence.

Leçon : Matériaux modernes et intelligents : matériaux intelligents, nanomatériaux et composites

Ce qu’elle montre

Les matériaux intelligents changent une propriété quand leur environnement change, puis reviennent à l'état initial quand le stimulus disparaît. Les pigments thermochromes changent de couleur à une température choisie ; les pigments photochromes foncent sous les ultraviolets ; un alliage à mémoire de forme comme le nitinol se plie à froid et reprend sa forme mémorisée quand on le chauffe au-dessus de sa température de transformation. Les matériaux modernes visent la haute performance : graphène et nanotubes sont très résistants et conducteurs à l'échelle nanométrique, composites carbone et titane sont résistants pour leur masse, et les mousses métalliques sont très légères et absorbent les chocs.

Mode d’emploi

Dans Laboratoire, choisissez un Échantillon, réglez Température de la plaque et Lampe UV, puis déplacez Température de virage ou Température de transformation Af. Cliquez sur Plier le fil, puis chauffez-le. Cliquez sur Noter le résultat pour ajouter une ligne. Dans Comparer les matériaux, choisissez une Propriété et touchez une barre. Dans Cahier des charges, choisissez Cahier, Matériau principal et Composant ajouté.

Paramètres modifiables

  • Écran Laboratoire, Comparer les matériaux, Cahier des charges
  • Échantillon Pigment thermochrome, Cristal liquide thermochrome, Pigment photochrome, Fil à mémoire de forme (nitinol)
  • Température de la plaque chauffante/froide -10–100 °C
  • Intensité de la lampe UV 0–100 %
  • Température de virage du pigment 15–45 °C
  • Température de transformation Af du nitinol 20–90 °C
  • Vitesse de la simulation ×1 (temps réel), ×5, ×20
  • Propriété comparée Masse volumique, Résistance à la traction, Rigidité (module de Young), Résistance spécifique, Conductivité électrique, Conductivité thermique, Coût relatif
  • Cahier des charges Canard thermomètre de bain, Lunettes adaptatives, Ouvre-fenêtre de serre, Cadre de vélo de course, Absorbeur de choc de voiture, Électrode d'écran pliable
  • Matériau principal Pigment thermochrome dans du plastique, Pigment photochrome dans du plastique transparent, Nitinol (alliage à mémoire de forme), Graphène, Nanotubes de carbone, Composite à fibres de carbone (PRFC), Alliage de titane, Mousse d'aluminium, Alliage d'aluminium, Acier doux, Polycarbonate (plastique ordinaire)
  • Composant ajouté Aucun, Thermistance + DEL + pile, Capteur de lumière + couche LCD + pile, Thermistance + moteur + pile, Ressort de rappel en acier

Questions à explorer

  1. Pourquoi un ouvre-fenêtre de serre au nitinol a-t-il besoin d'un ressort de rappel pour refermer la fenêtre ?
  2. Pourquoi des lunettes photochromes foncent-elles moins dans une voiture et par forte chaleur ?
  3. Le graphène est extrêmement résistant : pourquoi ne fabrique-t-on pas de cadres de vélo en graphène ?

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