Du plastique aux mille faces :Une seule feuille de Nafion permet de réaliser une large palette de structures 3D complexes. Dans la revue Angewandte Chemie , les chercheurs décrivent comment ils utilisent une simple "programmation" chimique pour inciter la feuille à se plier en utilisant les principes de l'origami et du kirigami. Ces plis peuvent être "effacés" à plusieurs reprises et la feuille peut être "reprogrammée".

Nous avons tous vu les grues et les fleurs de lotus produites à partir d'une feuille de papier par des mains expérimentées. L'origami est l'art traditionnel japonais du pliage qui transforme le papier en structures tridimensionnelles complexes sans utiliser d'adhésif. Le kirigami est une technique apparentée dans laquelle le papier est découpé stratégiquement avant de le plier. Ces deux techniques ont trouvé une application dans la technologie moderne.

Adebola Oyefusi et Jian Chen de l'Université du Wisconsin - Milwaukee (USA) ont maintenant présenté une nouvelle variante de cette technique. Ils ont "programmé" chimiquement la feuille de Nafion pour que la chaleur la fasse se plier en des formes tridimensionnelles complexes. Le foil peut aussi être "déprogrammé". Nafion est un polymère qui peut "se souvenir" de sa forme, de sorte qu'un morceau de papier d'aluminium étiré revienne à sa forme initiale lors du chauffage.

Le secret de cette astuce est le suivant :le Nafion peut être protoné dans un environnement acide et déprotoné dans un environnement basique. Lorsqu'il est protoné, Le Nafion étiré se rétracte à des températures supérieures à 100 °C, une fois déprotoné, il doit être chauffé à plus de 260 °C. Tant que la température reste dans cette plage, seules les régions de la Nafion qui sont protonées vont rétrécir. Le Nafion déprotoné est "verrouillé" et ne rétrécit pas. Les chercheurs s'en servent en programmant les informations nécessaires au pliage sous la forme d'un motif de régions "déverrouillées" dans un morceau de feuille de Nafion étiré qui a été "verrouillé" avec de l'hydroxyde de potassium. Le motif est "peint" sur la feuille à l'aide d'acide chlorhydrique. Lorsqu'il est chauffé au-dessus de 100 °C, la feuille se rétracte au niveau des lignes et se replie le long de ces "plis".

Les scientifiques ont créé des structures simples et des structures complexes, comme un oiseau et un motif de déchirure en zigzag courant dans la pratique technique ; panneaux solaires pour satellites, par exemple, sont transportés de manière pliée et peuvent être étalés en un seul mouvement. La chimie acide-base simple et le chauffage ont "effacé" les structures et les feuilles de nafion ont pu être codées et pliées d'une nouvelle manière.

Les structures 3D en Nafion peuvent être utilisées comme moule maître. Cela peut être utilisé pour couler un moule secondaire à partir de plastiques comme le polydiméthylsiloxane, qui peut ensuite être utilisé pour fabriquer des composants moulés à partir d'une grande variété de matériaux, y compris les polymères, céramique, ou en métal. Les maîtres moules reprogrammables font gagner du temps, de l'argent, et les déchets car ils peuvent être directement réutilisés sans processus de recyclage coûteux.