La science des matériaux est au cœur des technologies de pointe telles que les smartphones et les véhicules électriques. Les avancées dans de nouveaux matériaux comme le graphène changent nos vies et notre avenir.
Le XXe siècle a été un siècle de progrès scientifiques fulgurants, sans doute l'âge d'or de la science. Les avancées scientifiques ont conduit à de nombreuses inventions, des voitures aux ordinateurs en passant par les téléphones portables, qui ont simplifié notre vie. Bon nombre des inventions qui ont enrichi la vie de l'humanité sont le résultat d'un travail acharné dont nous ne sommes pas conscients. Lorsqu'on vous demande de penser à certains des nombreux processus qui entrent en jeu dans la création d'une invention innovante, vous pensez peut-être à la formulation théorique et à la conception mécanique et structurelle. Cependant, le processus qui rend finalement l'invention possible est la sélection des matériaux, qui déterminent le prix, la durabilité et les performances de l'appareil. La création de nouveaux matériaux et l'étude de leurs propriétés afin de faciliter ce choix est ce que nous appelons la science des matériaux.
Quand je demande aux gens ce qu’ils savent de la science des matériaux, la plupart d’entre eux parlent des semi-conducteurs. Dans un sens, les semi-conducteurs sont devenus une image représentative de ce que le mot « ingénierie des matériaux » signifie pour les gens, mais d’un autre côté, on peut aussi penser que les gens ignorent tout de l’ingénierie des matériaux. Il est vrai que la recherche sur les semi-conducteurs a atteint un niveau élevé en Corée, et de nombreux avantages économiques ont été tirés de cette recherche. Cependant, les semi-conducteurs ne sont qu’un des domaines de recherche de la science des matériaux. En fait, si nous examinons les applications de l’ingénierie des matériaux, nous pouvons voir qu’elle est utilisée dans de nombreux domaines de l’ingénierie, notamment les semi-conducteurs, les métaux, les polymères, la céramique, l’électronique et la biologie. Alors, qu’étudions-nous exactement en science des matériaux qui joue un rôle si important dans l’ingénierie ?
Par exemple, les smartphones que nous utilisons quotidiennement sont le résultat de diverses ingénieries de matériaux. Les matériaux polymères utilisés dans l'écran, le lithium-ion dans la batterie et les alliages d'aluminium utilisés dans le boîtier extérieur de l'appareil sont tous le résultat de la recherche et des progrès de la science des matériaux. Ces dernières années, de nouveaux matériaux ont été explorés pour rendre les appareils électroniques plus légers et plus flexibles. Le rôle de la science des matériaux est essentiel pour de nombreuses innovations technologiques dans la société moderne, notamment les smartphones, les appareils portables, les véhicules électriques, les panneaux solaires, etc.
Anycall venait de lancer un téléphone portable appelé Amoled. Dans la publicité Anycall, un homme enroule son téléphone et le porte à son poignet comme une montre. Puis, alors qu'il marche dans la rue, il déballe le téléphone de son poignet et l'étire dans les airs, puis l'étire sur le côté pour regarder les informations sur l'écran, puis le plie et le met dans son sac. Le téléphone dans la publicité se plie, se déplie et se plie littéralement. À l'époque, je me souviens avoir regardé la publicité et me demander : « Est-ce que ça va vraiment arriver ? » Quelques années plus tard, nous sommes sur le point d'avoir un téléphone qui peut réellement rouler. Beaucoup de gens sont surpris d'apprendre qu'un téléphone peut se plier et se demandent comment cela pourrait être possible. Cependant, si vous connaissez un peu la science des matériaux, vous vous retrouverez peut-être à hocher la tête en signe d'approbation.
Si la science vous intéresse, vous avez probablement entendu parler du graphène, qui fait l'actualité depuis quelques années maintenant. Mais même si vous avez vu le nom graphène, peu de gens savent ce qui le rend si important. Le terme graphène est une combinaison du mot graphite, le graphite utilisé dans la mine de crayon, et du suffixe « -ène », qui fait référence à des molécules comportant des doubles liaisons carbone. Le graphite est constitué de couches de carbone dans une structure hexagonale en forme de nid d'abeille, et le graphène est la couche la plus fine de ce graphite. Il a une forme plane bidimensionnelle, n’a qu’une épaisseur de 0.2 nanomètre (nm) (1 nm équivaut à un milliardième de mètre), soit environ 10 milliardièmes de mètre, et est incroyablement fin et physiquement et chimiquement stable. À présent, vous devriez avoir une idée générale de ce qu’est le graphène. Sa découverte et la mise en place d'un processus de production constituent l'une des plus grandes réalisations de la science des matériaux ces dernières années. Mais quelles sont ses propriétés et qu’est-ce qui le rend si important ?
Le graphène est 100 fois plus conducteur d'électricité que le cuivre et peut déplacer les électrons 100 fois plus vite que le silicium monocristallin, couramment utilisé comme semi-conducteur. Il est 200 fois plus résistant que l'acier et plus de deux fois plus conducteur thermique que le diamant, le meilleur conducteur thermique. Il est également très élastique, ce qui signifie qu'il ne perd pas ses propriétés électriques lorsqu'il est étiré ou plié. Ces propriétés du graphène permettent de créer des téléphones portables étonnants qui sont non seulement extrêmement fins, mais également pliables. La création de nouveaux matériaux et la caractérisation de leurs propriétés et applications dans l'industrie sont ce que la science des matériaux a fait et continuera de faire.
La science des matériaux joue également un rôle important dans la résolution des problèmes environnementaux. Par exemple, les matériaux utilisés dans les technologies des énergies renouvelables seraient impensables sans les progrès de la science des matériaux. De nouveaux matériaux pour augmenter l'efficacité des panneaux solaires, des catalyseurs pour améliorer les performances des piles à combustible à hydrogène et de nouveaux matériaux pour batteries pour augmenter la capacité et la durée de vie des dispositifs de stockage d'énergie sont tous le résultat de la recherche en science des matériaux. Le développement de matériaux respectueux de l’environnement est essentiel pour un avenir durable, et la science des matériaux en est au centre.
Le rythme effréné des progrès scientifiques du XXe siècle nous a ouvert un monde de confort, et nous en profitons pleinement. Mais comme l'a montré la première décennie du XXIe siècle, la science continuera de progresser à un rythme toujours plus rapide, et les gens voudront des machines plus pratiques et un monde plus pratique. Ouvrir la possibilité de nouvelles inventions pour répondre aux besoins de ce monde, c'est ce que nous, les étudiants en science des matériaux, faisons et devrions faire. Les progrès de la science et de la technologie continueront d'enrichir la vie humaine, et la science des matériaux en sera toujours le centre.
