Les réseaux micropillaires magnétiques sont constitués de minuscules structures en forme de broche verticales, disposées selon un motif de grille. Ces micropilles peuvent changer leur forme en une géométrie pré-programmée lorsqu'elles sont exposées à un champ magnétique. Ils sont fabriqués à partir de composites magnétiquement sensibles, comprenant des polymères caoutchouteux comme le polydiméthylsiloxane (PDMS) intégré à des particules magnétiques. Ces composites peuvent changer leur forme et se remettre à plusieurs reprises sans aucune détérioration.
Malheureusement, les réseaux micropillaires magnétiques conventionnels ne peuvent maintenir leur forme modifiée que temporairement pendant l'application du champ magnétique. Des études antérieures ont exploré diverses approches pour résoudre ce problème, notamment les liants polymères solubles dans l'eau et le revêtement de la base des micropilles déformées avec des résines thermodurcissantes qui durcissent et fixent leur forme lorsqu'ils sont chauffés. Bien qu'ils soient efficaces pour la fixation de la forme, ils introduisent leurs limites, c'est-à-dire que les liants solubles dans l'eau empêchent l'utilisation dans des environnements aqueux, tandis que les résines thermodurcissables ne permettent pas le changement de forme réversible.
Dans une étude révolutionnaire, une équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Chae Bin Kim du Département de science et d'ingénierie des polymères de l'Université nationale de Pusan, en Corée du Sud, a développé de nouveaux matériaux, appelés réseaux adaptables covalents à base de disulfure (DS-CAN). Ces matériaux permettent une fixation de forme par le chauffage ou l'exposition à la lumière ultraviolette (UV).
« Nous avons introduit une stratégie de fixation de forme sans solvant et sans résine qui aborde les inconvénients des méthodes précédentes », explique le professeur Kim. « Ces nouveaux matériaux prennent en charge l'activation basée sur les UV à température ambiante, permettant un traitement sans contact, précis et contrôlé spatio-temporellement qui est également économe en énergie. »
L'équipe comprenait également le professeur agrégé Jeong Jae Wie de l'Université de Hanyang, en Corée du Sud, et le professeur adjoint Sohdam Jeong de l'Université Dong-Eui, en Corée du Sud. Leur étude a été publiée dans la revue Matériaux avancés le 1er juin 2025. De plus, ce document a été sélectionné comme couverture avant du prochain numéro de juillet de Matériaux avancés.
Les réseaux adaptables covalents (CANS) sont une nouvelle classe de polymère, avec des liaisons covalentes dynamiques qui peuvent se casser et se réformer sous des stimuli externes. Cela permet de retraiter, de remodeler et de reconfigurer et de reconfigurer.
La plupart des canettes ont des liaisons dynamiques dépendantes de la température, ne permettant des échanges de liaisons qu'au-dessus d'une certaine température appelés la température de transition de congélation. Dans cette étude, les chercheurs ont incorporé des liaisons disulfure dans des canettes, permettant des échanges de liaisons dynamiques non seulement avec la chaleur mais aussi sous la lumière UV, même à température ambiante.
Cette capacité permet aux DS-Cans de réparer les dommages ou de souder deux échantillons ensemble à l'aide de la lumière ou de la chaleur UV. Ils permettent également le retraitement des échantillons pulvérisés dans des échantillons solides consolidés. Plus important encore, les DS-Cans permettent une fixation de forme assistée par UV ou thermique après déformation, qui est également réversible, contrairement aux polymères thermodurcissables traditionnels.
Pour mieux comprendre comment les échanges de liaisons disulfure de disulfure de chaleur et UV déclenchent, les chercheurs ont utilisé des simulations de dynamique moléculaire non équilibrée (NEMD) combinées à la modélisation de Monte Carlo (MC). Ces méthodes ont offert des informations clés sur leurs mécanismes et ont aidé à construire un modèle de prédiction pour les conceptions futures.
Pour démontrer le potentiel de fixation de forme réversible, à la demande et sans contact, l'équipe a intégré des particules de néodyme-iron-fer (NDFEB) magnétiques en DS, créant de nouvelles réseaux micropillaires magnétiques DS-Can / NDFEB. Ces micropilles peuvent changer leur forme en réponse à un champ magnétique, et la nouvelle forme peut être fixée à l'aide de la lumière UV. Même lorsque le champ magnétique est retiré, la forme est conservée. Ce changement de forme est également réversible en appliquant un champ magnétique opposé, suivi d'une fixation assistée par la lumière UV.
De plus, ces réseaux de micropillaires permettent un contrôle spatial sur le changement de forme, en modifiant la forme des micropilles uniquement dans une certaine zone sur la grille grâce à une exposition aux UV masqués. Les chercheurs ont également fabriqué des micro-plats DS-CAN / NDFEB – des micropilles qui imitent la peau de requin – démontrant la capacité du matériau à former des microstructures 3D complexes.
« Notre technologie s'avérera précieuse pour une variété de technologies, y compris des pinces robotiques réglables qui peuvent se conformer aux formes délicates, aux surfaces intelligentes programmables, aux adhésifs commutables et aux systèmes de livraison de médicaments précisément contrôlables », explique le professeur Kim, mettant en évidence le potentiel de cette étude.
Dans l'ensemble, cette étude marque un progrès majeur dans les matériaux changeants dans la forme, conduisant au développement de nouveaux microdévices avec des capacités uniques.
