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Posté par Redbran le Samedi 23/04/2016 à 12:00
Un matériau qui se transforme seul de 2D en 3D
Un matériau innovant pour la microfabrication d'objets 3D à partir de modèles 2D

Des chercheurs de l'Institut de science des matériaux de Mulhouse (CNRS / UHA) et de l'Institut de technologie de Karlsruhe (Allemagne) ont mis au point (Graphie) un nouveau matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et mise...) qui peut s'auto-façonner de manière très originale sous l'action de forces internes:au-départ sous forme de couche mince (Une couche mince est une fine pellicule d'un matériau déposée sur un autre matériau, appelé « substrat ». Le but de la couche mince est de donner...) plane (La plane est un outil pour le travail du bois. Elle est composée d'une lame semblable à celle d'un couteau, munie de deux poignées, à chaque extrémité de la...), le matériau peut se transformer seul en une grande variété d'objets 3D comme des micro-tubes ou des micro-cages. Il pourrait trouver de nombreuses applications dans la micro-fabrication d'objets de forme pré-déterminée. Ce travail fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction...) d'une publication dans la revue Soft Matter.


Schéma de fabrication de bicouches de PDMS avec une courbure spontanée (a ,b ,c),
et l'auto-façonnage de formes 3D à partir de modèles bidimensionnels (d, e).
© V. Luchkinov

Les contraintes mécaniques dans les couches minces qui constituent des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) multicouches sont à l'origine de nombreux phénomènes comme la délamination (séparation des feuillets d'une structure feuilletée), la formation de rides, etc... Si les contraintes ne sont pas homogènes dans les différentes couches, un moment de forces apparait et les couches minces peuvent alors se courber spontanément sous l'action de forces externes.

En jouant avec ces contraintes, les chercheurs sont parvenus à réaliser un nouveau matériau auto-enroulant. Pour cela, ils ont utilisé le polydimethylsioxane (PDMS) réticulé, un élastomère transparent et biocompatible et une huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et qui ne se...) de silicone (Les silicones, ou polysiloxanes, sont des composés inorganiques formés d'une chaine silicium-oxygène (...-Si-O-Si-O-Si-O-...) sur laquelle des groupes se fixent, sur les...). L'enroulement (Un enroulement en électrotechnique est un conducteur électrique isolé bobiné (enroulé autour d'un support). Cet enroulement peut n'être constitué que d'une seule...) spontané est engendré par l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) spécifique de bicouches de PDMS où cette huile est dispersée à l'échelle moléculaire dans la couche supérieure. Privée de l'huile que l'on peut extraire dans un solvant organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) comme le chlorophorme, la couche se rétracte. En même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), elle est contrariée par la couche adjacente qui elle, ne contient pas d'huile. Un gradient vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) de la contrainte apparait et conduit alors à un moment de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force (vertu) » et...) dans la bicouche qui adopte une forme courbée tridimensionnelle (3D)(Figure). Il est possible de contrôler le rayon de courbure par la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer...) d'huile dispersée dans la couche supérieure. Plus il y a d'huile à extraire, plus la courbure sera importante. On peut également contrôler cette courbure en intervenant sur l'épaisseur de chaque couche.

Le procédé de fabrication est simple et le maniement des films aisé car il ne demande aucune stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs cellules réceptrices de l'organisme. La cellule traduit la stimulation par un potentiel d'action, qui est...) externe pour obtenir la courbure désirée. Il suffit de fabriquer la bicouche de polymère que l'on souhaite transformer en objet tridimensionnel. Le modèle 2D est dessiné sur la bicouche de polymère, puis découpé. Après extraction de l'huile, le matériau se transforme en l'objet 3D défini par le modèle.

L'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de science des matériaux (La science des matériaux regroupe les domaines qui étudient la matière qui constitue les objets. Cela va des roches (en géologie) aux métaux en passant par les matériaux de...) de Mulhouse est membre de l'Institut Carnot MICA.

Référence:
A. I. Egunov, J.G. Korvink & V. A. Luchnikov
Polydimethylsiloxane bilayer films with an embedded spontaneous curvature
Soft Matter 29 octobre 2015
DOI: 10.1039/C5SM01139F


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Source: CNRS-INC