Soft-mécanochimie dans un élastomère 3D

Publié par Isabelle le 12/10/2020 à 13:00
Source: CNRS INC
La soft-mécanochimie, directement inspirée de la nature, vise à développer des systèmes capables de traduire une force mécanique en une réponse physico-chimique réversible. Des chercheurs de l'ILM (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1), du CMC (CNRS/Université de Strasbourg), d'une unité INSERM et de l'ICS (CNRS/INSA Strasbourg/Université de Strasbourg) ont mis au point (Graphie) un élastomère 3D basé sur ce principe. Ces travaux, publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition, ouvrent la voie vers la conception de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) innovants dont certaines propriétés pourraient être contrôlées par un simple étirement.


Relier chimiquement des molécules à chiralité axiale à un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un...) élastomère 3D permet d'en contrôler de façon réversible la conformation (En chimie, la conformation d'une molécule est l'arrangement spatial des atomes qui la composent. Les molécules dans lesquelles les atomes sont liés chimiquement de...) et les propriétés par simple étirement du 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 en...). © Julien Kelber et Loïc Jierry

La soft-mécanochimie, encore à ses balbutiements, vise à reproduire les processus mécano-induits réversibles et peu énergivores des systèmes vivants à l'origine, par exemple, du toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal, essentiel pour la survie et le développement des êtres...), de la perception du mouvement ou encore de la coagulation sanguine. Le secret de ces processus réside dans des changements de conformations moléculaires sous l'action d'une 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...) mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou...). Transposé à des systèmes non biologiques, ce principe devrait permettre d'élaborer des nouveaux matériaux intelligents dont les propriétés telles que la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).), l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) chiroptique ou encore la réactivité chimique changeraient sous l'action d'une force externe mécanique. Imaginons, par exemple, une peinture pour l'aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère...) qui changerait de couleur là où des microfissures apparaissent sur la carlingue ( La carlingue est la pièce longitudinale de renforcement placée au fond d’un navire. La carlingue est la partie du fuselage...) d'un avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un organe moteur (dans le cas d'un engin sans moteur, on parlera...) ou une membrane catalytique qui fonctionne différemment selon qu'on l'étire ou non.

Des chercheurs de 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...) Lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge)....) Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) (CNRS/Université Lyon 1), du Laboratoire de Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces...) de la Matière Complexe (CNRS/Université de Strasbourg), d'une unité INSERM et de l'Institut Charles Sadron (CNRS/INSA Strasbourg/Université de Strasbourg) illustrent ce concept de soft-mécanochimie dans un matériau en 3D très simple: un élastomère dans lequel sont reliées chimiquement des molécules à chiralité axiale, c'est-à-dire des molécules dont la conformation autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) d'un axe est asymétrique et dont les propriétés qui en découlent sont fortement influencées par les angles des substituants autour de cet axe. Le 1,1′-bi-2-naphthol (BINOL), couramment utilisée comme ligand en catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général...) avec des métaux de transition, est une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité...) chirale 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.) dont la "forme" s'apparente à celle d'un papillon. Son action catalytique ainsi que ses propriétés optiques dépendent directement de la conformation adoptée.

En liant (Un liant est un produit liquide qui agglomère des particules solides sous forme de poudre. Dans le domaine de la peinture, il permet au pigment d'une peinture de coller sur le support, il est alors...) cette molécule au réseau polymère (Un polymère (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et meros, partie) est un système formé par un ensemble de...) d'un matériau élastique déformable, le PDMS, les chercheurs montrent qu'il est possible de déformer réversiblement et de façon continue la conformation du BINOL en fonction du degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) d'étirement appliqué au matériau. L'étude de cette mécanotransduction est établie et quantifiée en utilisant des mesures spectroscopiques simples et efficaces de biréfringences et de dichroïsmes optiques corrélées à des calculs de dynamique moléculaire (Une simulation de dynamique moléculaire consiste à calculer l'évolution d'un système de particules au cours du temps. Ces simulations servent de modèles structuraux et dynamiques pour la compréhension...). Ces travaux, publiés dans Angewandte Chemie International Edition, démontrent le fort potentiel de la soft-mécanochimie pour le développement de nouveaux matériaux dont il serait possible de moduler l'activité catalytique ou chiroptique ou l'état pour des applications en tant qu'interrupteurs moléculaires.

Référence:
Julien B. KELBER, Amina BENSALAH-LEDOUX,, Sarah ZAHOUANI, Bruno BAGUENARD, Pierre SCHAAF, Alain CHAUMONT, Stéphan GUY, Loïc Jierry Reversible soft‐mechanochemical control of biaryl conformations through crosslinking in a 3D macromolecular network, Angewandte Chemie INternational Edition, 28/08/2020.
https://doi.org/10.1002/anie.202010604

Contacts:
- Loïc Jierry - Maître de conférence, Institut Charles Sadron, Université de Strasbourg (L’université de Strasbourg (UDS) est une université française située à Strasbourg en Alsace. Son origine remonte à la création...) - loic.jierry at ics-cnrs.unistra.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...),...) - Institut de chimie du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
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