Imaginez un pneu qui pourrait guérir après avoir été crevé ou un élastique qui ne s'est jamais cassé.

Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé un nouveau type de caoutchouc qui est aussi résistant que le caoutchouc naturel, mais qui peut également s'auto-cicatriser.

La recherche est publiée dans Matériaux avancés .

Les matériaux auto-cicatrisants ne sont pas nouveaux - les chercheurs de SEAS ont développé des hydrogels auto-cicatrisants, qui reposent sur l'eau pour incorporer des liaisons réversibles qui peuvent favoriser la guérison. Cependant, l'ingénierie des propriétés d'auto-guérison dans les matériaux secs, tels que le caoutchouc, s'est avérée plus difficile. C'est parce que le caoutchouc est composé de polymères souvent reliés par des liaisons permanentes, des liaisons covalentes. Bien que ces liens soient incroyablement forts, ils ne se reconnecteront jamais une fois cassés.

Afin de rendre un caoutchouc auto-réparable, l'équipe avait besoin de rendre réversibles les liaisons reliant les polymères, afin que les liens puissent se briser et se reformer.

"Des recherches antérieures utilisaient des liaisons hydrogène réversibles pour connecter des polymères pour former un caoutchouc, mais les liaisons réversibles sont intrinsèquement plus faibles que les liaisons covalentes, " dit Li-Heng Cai, un boursier postdoctoral à SEAS et auteur correspondant de l'article. "Cela a posé la question, Pouvons-nous faire quelque chose de dur mais pouvons-nous encore nous guérir ?"

Cai, avec Jinrong Wu, professeur invité de l'Université du Sichuan, Chine, et auteur principal David A. Weitz, Professeur Mallinckrodt de physique et de physique appliquée, développé un caoutchouc hybride avec des liaisons covalentes et réversibles.

Le concept de mélanger à la fois des liaisons covalentes et réversibles pour faire un dur, le caoutchouc auto-cicatrisant a été proposé en théorie par Cai mais n'a jamais été démontré expérimentalement car les liaisons covalentes et réversibles n'aiment pas se mélanger.

« Ces deux types de liaisons sont intrinsèquement non miscibles, comme l'huile et l'eau, " dit Caï.

Donc, les chercheurs ont développé une corde moléculaire pour lier ces deux types de liaisons ensemble. Cette corde, appelés polymères ramifiés aléatoirement, permet à deux liaisons auparavant non mélangeables d'être mélangées de manière homogène à l'échelle moléculaire. Ce faisant, ils ont pu créer une transparence, dure, caoutchouc auto-cicatrisant.

Le caoutchouc typique a tendance à se fissurer à certains points de contrainte lorsqu'une force est appliquée. Lorsqu'il est étiré, le caoutchouc hybride développe ce qu'on appelle des craquelures dans tout le matériau, une caractéristique similaire aux fissures mais reliées par des brins fibreux. Ces engouements redistribuent le stress, il n'y a donc pas de point de stress localisé pouvant provoquer une défaillance catastrophique. Lorsque le stress est relâché, le matériau reprend sa forme d'origine et les folies guérissent.

Le bureau du développement technologique de Harvard a déposé une demande de brevet pour la technologie et recherche activement des opportunités de commercialisation.

La capacité d'auto-guérison est attrayante pour une grande variété de produits en caoutchouc.

"Imaginez que nous puissions utiliser ce matériau comme l'un des composants pour fabriquer un pneu en caoutchouc, " dit Wu. " Si vous avez une coupure à travers le pneu, ce pneu n'aurait pas besoin d'être remplacé tout de suite. Au lieu, il s'auto-guérirait en conduisant suffisamment pour vous donner une marge de manœuvre pour éviter des dommages dramatiques. »

« Il y a encore beaucoup à faire, " a déclaré Weitz. "Pour la science des matériaux, on ne comprend pas bien pourquoi ce caoutchouc hybride présente des craquelures lorsqu'il est étiré. Pour l'ingénierie, les applications du caoutchouc hybride qui profitent de sa combinaison exceptionnelle de transparence optique, dureté, et la capacité d'auto-guérison restent à explorer. De plus, le concept d'utiliser la conception moléculaire pour mélanger des liaisons covalentes et réversibles pour créer un élastomère hybride homogène est assez général et devrait permettre le développement de solides, polymères auto-cicatrisants d'usage pratique."