S'inspirant de l'univers Marvel, les chercheurs rapportent qu'ils ont développé un matériau polymère auto-cicatrisant avec un œil sur l'électronique et la robotique douce qui peut se réparer. Le matériau est extensible et transparent, conduit des ions pour générer du courant et pourrait un jour aider votre smartphone cassé à se remettre en place.

Les chercheurs présenteront leurs travaux aujourd'hui à la 253e réunion et exposition nationales de l'American Chemical Society (ACS).

"Quand j'étais jeune, mon idole était Wolverine des X-Men, " Chao Wang, Doctorat., dit. "Il pourrait sauver le monde, mais seulement parce qu'il pouvait se guérir. Un matériau auto-cicatrisant, lorsqu'il est découpé en deux parties, peuvent se remettre ensemble comme si de rien n'était, tout comme notre peau humaine. J'ai fait des recherches sur la fabrication d'une batterie lithium-ion auto-cicatrisante, alors quand tu laisses tomber ton portable, il pourrait se réparer et durer beaucoup plus longtemps.

La clé de l'auto-réparation réside dans la liaison chimique. Deux types de liaisons existent dans les matériaux, Wang explique. Il existe des liaisons covalentes, qui sont solides et ne se reforment pas facilement une fois cassés; et des liaisons non covalentes, qui sont plus faibles et plus dynamiques. Par exemple, les liaisons hydrogène qui relient les molécules d'eau entre elles sont non covalentes, se rompant et se reformant constamment pour donner naissance aux propriétés fluides de l'eau. "La plupart des polymères auto-cicatrisants forment des liaisons hydrogène ou une coordination métal-ligand, mais ceux-ci ne conviennent pas aux conducteurs ioniques, " dit Wang.

L'équipe de Wang à l'Université de Californie, Bord de rivière, s'est plutôt tourné vers un autre type de liaison non covalente appelée interaction ion-dipôle, une force entre les ions chargés et les molécules polaires. "Les interactions ion-dipôle n'ont jamais été utilisées pour concevoir un polymère auto-cicatrisant, mais il s'avère qu'ils sont particulièrement adaptés aux conducteurs ioniques, " dit Wang. L'idée de conception clé dans le développement du matériau était d'utiliser un polaire, polymère étirable, poly(fluorure de vinylidène-co-hexafluoropropylène), plus un portable, sel ionique. Les chaînes polymères sont liées les unes aux autres par des interactions ion-dipôle entre les groupes polaires dans le polymère et le sel ionique.

Le matériau résultant pourrait s'étirer jusqu'à 50 fois sa taille habituelle. Après avoir été déchiré en deux, le matériau s'est entièrement recousu automatiquement en une journée.

A titre d'essai, les chercheurs ont généré un « muscle artificiel » en plaçant une membrane non conductrice entre deux couches du conducteur ionique. Le nouveau matériau a répondu aux signaux électriques, faire bouger ces muscles artificiels, ainsi nommé parce que les muscles biologiques se déplacent de la même manière en réponse à des signaux électriques (bien que les matériaux de Wang ne soient pas destinés à des applications médicales).

Pour la prochaine étape, les chercheurs travaillent sur la modification du polymère pour améliorer les propriétés du matériau. Par exemple, ils testent le matériau dans des conditions difficiles, comme une humidité élevée. "Les polymères auto-cicatrisants précédents n'ont pas bien fonctionné dans une humidité élevée, dit Wang. "L'eau y pénètre et gâche les choses. Elle peut modifier les propriétés mécaniques. Nous peaufinons actuellement les liaisons covalentes au sein du polymère lui-même pour préparer ces matériaux à des applications réelles."