Ce nouveau type de matériaux associe résistance et élasticité

Publié par Cédric le 04/07/2024 à 06:00
Auteur de l'article: Cédric DEPOND
Source: Nature
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Une nouvelle classe de matériaux prometteurs a été développée par des chercheurs américains. Baptisés "gels vitreux", ces matériaux allient des propriétés de dureté et de souplesse impressionnantes, ouvrant la voie à de nombreuses applications potentielles.


Les gels vitreux sont composés de polymères rigides, similaires à ceux utilisés dans la fabrication de bouteilles d'eau ou de fenêtres d'avion, combinés à des liquides ioniques. Cette association unique permet au matériau de conserver plus de 50 % de son contenu en liquide tout en restant dur et difficile à casser. En effet, ces gels peuvent s'étirer jusqu'à cinq fois leur longueur originale sans se briser, contrairement aux polymères vitreux classiques, qui sont généralement cassants.

Michael Dickey, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'Université d'État de Caroline du Nord et auteur correspondant de l'étude, explique: "Nous avons créé des matériaux aussi durs que les polymères vitreux mais pouvant s'étirer considérablement sous l'effet d'une force suffisante. De plus, ces matériaux peuvent retrouver leur forme initiale sous l'effet de la chaleur." Ces propriétés sont obtenues grâce aux interactions électrostatiques fortes entre les ions du solvant et les chaînes de polymères, ce qui empêche ces dernières de se déplacer tout en augmentant l'espace libre entre elles.

Les gels vitreux se distinguent également par leur excellente conductivité électrique, supérieure à celle des plastiques classiques. Meixiang Wang, co-auteur principal de l'étude et chercheur postdoctoral à l'Université d'État de Caroline du Nord, souligne: "Leur teneur élevée en liquide les rend plus efficaces pour conduire l'électricité que les plastiques ayant des caractéristiques physiques similaires."

La fabrication des gels vitreux est relativement simple: les chercheurs mélangent les précurseurs liquides des polymères avec un liquide ionique, puis exposent le mélange à une lumière ultraviolette pour le durcir. Ce processus facile permet de produire ces matériaux de manière rentable, que ce soit par moulage ou par impression 3D.


Un autre atout majeur des gels vitreux est leur capacité d'auto-réparation. En cas de coupure ou de rupture, une simple application de chaleur permet au matériau de se cicatriser. Cette propriété, combinée à leur haute adhésivité, rend ces gels particulièrement intéressants pour des applications telles que les pinces robotiques souples ou les dispositifs médicaux.

Les chercheurs, dont l'étude a été publiée dans Nature, ont testé divers polymères et liquides ioniques pour créer ces gels, ouvrant ainsi la voie à une multitude de combinaisons possibles pour répondre à des besoins spécifiques. Bien que toutes les classes de polymères ne soient pas adaptées, ceux qui sont chargés ou polaires semblent particulièrement prometteurs.

Ainsi, les gels vitreux représentent une avancée significative dans le domaine des matériaux. Faciles à produire, extensibles, auto-réparables et conducteurs, ils offrent un potentiel considérable pour de nombreuses applications industrielles et technologiques.
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