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* Dur mais extensible : les scientifiques créent un nouveau matériau « incassable »

SciTechDaily

Les chercheurs ont créé une nouvelle classe de matériaux appelés « gels vitreux » qui sont aussi durs que les polymères vitreux, mais – si vous appliquez suffisamment de force – peuvent s’étirer jusqu’à cinq fois leur longueur d’origine, plutôt que de se briser. Un élément clé qui distingue les gels vitreux est qu’ils sont constitués à plus de 50 % de liquides, ce qui en fait des conducteurs d’électricité plus efficaces que les plastiques courants présentant des caractéristiques physiques comparables. Crédit : Meixiang Wang, Université d’État de Caroline du Nord

Les chercheurs ont développé une nouvelle classe de matériaux appelés gels vitreux, qui combinent la dureté des polymères vitreux avec l'extensibilité des gels.

Ces matériaux conservent plus de 50 % de liquide, améliorant ainsi leur élasticité et leurs propriétés adhésives. Le processus de fabrication consiste à mélanger des précurseurs de polymères avec un liquide ionique et à durcir à la lumière ultraviolette, ce qui permet une production facile et un potentiel d'application généralisée dans des industries telles que l'électronique et les dispositifs médicaux.

Les scientifiques créent une nouvelle classe de matériaux appelés « gels vitreux »

Les scientifiques ont inventé une nouvelle classe de matériaux appelés « gels vitreux » qui sont très durs et difficiles à briser même s’ils contiennent plus de 50 % de liquide. Associé au fait que les gels vitreux sont simples à produire, ce matériau est prometteur pour une variété d'applications.

Les gels et les polymères vitreux sont des classes de matériaux historiquement considérés comme distincts les uns des autres. Les polymères vitreux sont durs, rigides et souvent cassants. Ils sont utilisés pour fabriquer des objets comme des bouteilles d'eau ou des fenêtres d'avion. Les gels – comme les lentilles de contact – contiennent du liquide et sont doux et extensibles.

Conception de matériaux innovants

« Nous avons créé une classe de matériaux que nous avons appelés gels vitreux, qui sont aussi durs que les polymères vitreux, mais qui, si vous appliquez suffisamment de force, peuvent s'étirer jusqu'à cinq fois leur longueur d'origine, plutôt que de se briser », explique Michael. Dickey, auteur correspondant d'un article sur le travail et professeur Camille et Henry Dreyfus de génie chimique et biomoléculaire à Université d'État de Caroline du Nord. « De plus, une fois le matériau étiré, vous pouvez lui faire retrouver sa forme initiale en appliquant de la chaleur. De plus, la surface des gels vitreux est hautement adhésive, ce qui est inhabituel pour les matériaux durs.

« Un élément clé qui distingue les gels vitreux est qu'ils sont constitués à plus de 50 % de liquides, ce qui en fait des conducteurs d'électricité plus efficaces que les plastiques courants présentant des caractéristiques physiques comparables », explique Meixiang Wang, co-auteur principal de l'article et chercheur postdoctoral. chercheur à NC State.

« Compte tenu du nombre de propriétés uniques qu'ils possèdent, nous sommes optimistes que ces matériaux seront utiles », a déclaré Wang.

Production et caractéristiques

Les gels vitreux, comme leur nom l’indique, sont en fait un matériau qui combine certaines des propriétés les plus attrayantes des polymères vitreux et des gels. Pour les fabriquer, les chercheurs partent des précurseurs liquides des polymères vitreux et les mélangent à un liquide ionique. Ce liquide combiné est versé dans un moule et exposé à la lumière ultraviolette, qui « durcit » le matériau. Le moule est ensuite retiré, laissant derrière lui le gel vitreux.

« Le liquide ionique est un solvant, comme l'eau, mais il est entièrement composé d'ions », explique Dickey. « Normalement, lorsque vous ajoutez un solvant à un polymère, le solvant sépare les chaînes du polymère, rendant le polymère mou et extensible. C'est pourquoi une lentille de contact humide est souple, contrairement à une lentille de contact sèche. Dans les gels vitreux, le solvant écarte les chaînes moléculaires du polymère, ce qui lui permet d'être étirable comme un gel. Cependant, les ions présents dans le solvant sont fortement attirés vers le polymère, ce qui empêche les chaînes polymères de bouger. L’incapacité des chaînes à bouger est ce qui la rend vitreuse. Le résultat final est que le matériau est dur en raison des forces d’attraction, mais est toujours capable de s’étirer en raison de l’espacement supplémentaire.

Polyvalence et potentiel d'application

Les chercheurs ont découvert que les gels vitreux pouvaient être fabriqués avec une variété de polymères et de liquides ioniques différents, bien que toutes les classes de polymères ne puissent pas être utilisées pour créer des gels vitreux.

« Les polymères chargés ou polaires sont prometteurs pour les gels vitreux, car ils sont attirés par le liquide ionique », explique Dickey.

Lors des tests, les chercheurs ont constaté que les gels vitreux ne s'évaporent pas et ne se dessèchent pas, même s'ils sont constitués à 50-60 % de liquide.

«La caractéristique la plus intrigante des gels vitreux est peut-être leur caractère adhésif», explique Dickey. « Car même si nous comprenons ce qui les rend durs et extensibles, nous ne pouvons que spéculer sur ce qui les rend si collants. »

Applications pratiques et perspectives d'avenir

Les chercheurs pensent également que les gels vitreux sont prometteurs pour des applications pratiques car ils sont faciles à fabriquer.

« La création de gels vitreux est un processus simple qui peut être réalisé en le durcissant dans n'importe quel type de moule ou en l'imprimant en 3D », explique Dickey. « La plupart des plastiques ayant des propriétés mécaniques similaires obligent les fabricants à créer un polymère comme matière première, puis à le transporter vers une autre installation où le polymère est fondu et transformé en produit final.

« Nous sommes ravis de voir comment les gels vitreux peuvent être utilisés et sommes disposés à travailler avec des collaborateurs pour identifier les applications de ces matériaux. »

L'article « Glassy Gels Toughened by Solvent » a été publié le 19 juin dans la revue Nature.

Le co-auteur principal de l'article est Xun Xiao de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill. L'article a été co-écrit par Salma Siddika, titulaire d'un doctorat. étudiant à NC State; Mohammad Shamsi, ancien doctorant. étudiant à NC State; Ethan Frey, ancien étudiant de l'État de Caroline du Nord ; Brendan O'Connor, professeur de génie mécanique et aérospatial à NC State ; Wubin Bai, professeur de sciences physiques appliquées à l'UNC ; et Wen Qian, professeur agrégé de recherche en génie mécanique et des matériaux à l'Université du Nebraska-Lincoln.

Le travail a été partiellement financé par le financement du Coastal Studies Institute.

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