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  • Les chercheurs créent du doux, matériaux souples aux propriétés améliorées

    À gauche :une seule nanogouttelette de métal liquide greffée de chaînes polymères. A droite :Schéma de brosses polymères greffées à partir de la couche d'oxyde d'une gouttelette de métal liquide. Crédit :Université Carnegie Mellon

    Une équipe de chimistes et d'ingénieurs en polymères de l'Université Carnegie Mellon a développé une nouvelle méthodologie qui peut être utilisée pour créer une classe de composites polymères étirables avec des propriétés électriques et thermiques améliorées. Ces matériaux sont des candidats prometteurs pour une utilisation en robotique douce, appareils électroniques et médicaux auto-cicatrisants. Les résultats sont publiés dans le numéro du 20 mai de Nature Nanotechnologie .

    Dans l'étude, les chercheurs ont combiné leur expertise en science fondamentale et en ingénierie pour concevoir une méthode qui incorpore uniformément le gallium indium eutectique (EGaIn), un alliage métallique liquide à température ambiante, en élastomère. Cela a créé un nouveau matériau - un matériau hautement extensible, mou, tendre, composite multifonctionnel qui a un haut niveau de stabilité thermique et de conductivité électrique.

    Carmel Majidi, professeur de génie mécanique à Carnegie Mellon et directeur du Soft Machines Lab, a mené des recherches approfondies sur le développement de nouveaux, matériaux souples qui peuvent être utilisés pour des applications biomédicales et autres. Dans le cadre de cette recherche, il a développé des composites de caoutchouc ensemencés de gouttelettes nanoscopiques de métal liquide. Les matériaux semblaient prometteurs, mais la technique de mélange mécanique qu'il a utilisée pour combiner les composants a donné des matériaux avec des compositions incohérentes, et comme résultat, propriétés incohérentes.

    Pour surmonter ce problème, Majidi s'est tourné vers le chimiste des polymères Carnegie Mellon et professeur de sciences naturelles à l'Université J.C. Warner Krzysztof Matyjaszewski, qui a développé la polymérisation radicalaire par transfert d'atomes (ATRP) en 1994. ATRP, la première et la plus robuste méthode de polymérisation contrôlée, permet aux scientifiques d'enchaîner les monomères pièce par pièce, résultant en des polymères hautement personnalisés avec des propriétés spécifiques.

    "Les nouveaux matériaux ne sont efficaces que s'ils sont fiables. Vous devez savoir que votre matériau fonctionnera de la même manière à chaque fois avant de pouvoir en faire un produit commercial, " a déclaré Matyjaszewski. " L'ATRP s'est avéré être un outil puissant pour créer de nouveaux matériaux qui ont des des structures fiables et des propriétés uniques."

    Majidi, Matyjaszewski et le professeur de science et génie des matériaux Michael R. Bockstaller ont utilisé l'ATRP pour fixer des brosses de monomère à la surface des nanogouttelettes d'EGaIn. Les brosses ont pu s'enchaîner, formant des liaisons fortes avec les gouttelettes. Par conséquent, le métal liquide uniformément dispersé dans tout l'élastomère, résultant en un matériau avec une élasticité élevée et une conductivité thermique élevée.

    Matyjaszewski a également noté qu'après greffage de polymère, la température de cristallisation de l'eGaIn a été supprimée de 15 C à -80 C, étendre la phase liquide ¬ de la gouttelette - et donc ses propriétés liquides - jusqu'à des températures très basses.

    « Nous pouvons désormais suspendre le métal liquide dans pratiquement n'importe quel polymère ou copolymère afin d'adapter leurs propriétés matérielles et d'améliorer leurs performances, " a déclaré Majidi. " Cela n'a jamais été fait auparavant. Cela ouvre la porte à de futures découvertes de matériaux."

    Les chercheurs envisagent que ce procédé pourrait être utilisé pour combiner différents polymères avec du métal liquide, et en contrôlant la concentration de métal liquide, ils peuvent contrôler les propriétés des matériaux qu'ils créent. Le nombre de combinaisons possibles est vaste, mais les chercheurs pensent qu'avec l'aide de l'intelligence artificielle, leur approche pourrait être utilisée pour concevoir des composites élastomères « sur mesure » ​​qui ont des propriétés sur mesure. Le résultat sera une nouvelle classe de matériaux qui peuvent être utilisés dans une variété d'applications, y compris la robotique douce, peau artificielle et dispositifs médicaux biocompatibles.


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