Quand il s'agit de prendre de la place sans ajouter trop de poids, la bulle est imbattable. Parce qu'ils sont principalement de l'air, ils sont ultra-légers et peuvent s'étendre pour remplir n'importe quel espace donné.

Des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie, en collaboration avec des chercheurs de l'Institut coréen des sciences et de la technologie a récemment trouvé un moyen d'exploiter ces propriétés des bulles pour créer des « microbombes, " un type de matériau qui se dilate avec la chaleur pour former des " micro-amas, " qui se sont adaptés pour combler leur confinement physique.

Lors de l'expansion à de grands volumes et des espaces de remplissage, les microclusters deviennent extrêmement légers avec des limites souples et adaptables. En utilisant ce matériel, les chercheurs espèrent pouvoir améliorer l'isolation thermique et phonique, blindage contre les interférences électromagnétiques et un processus appelé brouillage qui a été utilisé dans la conception de la robotique et des matériaux.

La recherche a été co-dirigée par le postdoctorant Hyesung Cho, qui a été conseillé par Shu Yang, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la Penn's School of Engineering and Applied Science, et post-doctorant Seunggun Yu, qui a été conseillé par Chong Min Koo, chef de centre et chercheur principal au Materials Architecturing Research Center du KIST. Leurs résultats ont été publiés dans Communication Nature .

En plus de déterminer combien de bulles étaient nécessaires pour occuper un espace donné, les chercheurs voulaient savoir comment ce matériau remplirait les gabarits et s'ils pouvaient inscrire des motifs sur les surfaces des amas.

« Nous nous sommes inspirés de la façon dont les agriculteurs japonais fabriquent des pastèques en forme de carré, " Cho a dit, "en les cultivant dans des cages en plastique."

Pour enquêter sur cela, les chercheurs ont préparé des micropuits à partir d'un matériau rigide qui ne pouvait pas être déformé contre l'expansion des microbombes. Ils ont ensuite soigneusement chauffé les microbombes, les faisant s'étendre, amincir la coque autour de la "bulle" sans la fracturer.

En utilisant cette stratégie, les chercheurs ont pu créer des microclusters avec une grande variété de formes, comme des cercles, Triangles, carrés, pentagones et hexagones, et partitions (d'une à plusieurs unités par cluster), profils de bord (des angles arrondis aux angles vifs) et hiérarchie. Ils ont pu transférer des micro-nanopatterns à la surface des microclusters.

"Ce qui est bien avec notre approche, " Yang a dit, « est-ce que nous pouvons réellement inscrire n'importe quel motif dans le mur à l'intérieur de l'isolement physique, donc, lorsque le matériau se dilate et se ramollit, il moulera le motif du mur dans ces perles."

Ces microbombes peuvent être utilisées dans un processus appelé "brouillage, " particules se serrant dans un espace restreint. Le brouillage peut être utilisé pour saisir des objets et les ramasser, ce qui est particulièrement utile en robotique. D'autres propriétés physiques des systèmes bloqués sont utiles pour améliorer les matériaux utilisés en électronique, tels que les écrans de téléphone.

Les chercheurs espèrent que mieux comprendre l'explosion volumétrique des microbombes ainsi que leur réaction à certaines conditions et l'interaction entre les atomes du matériau leur permettra d'améliorer ce processus de brouillage.

En utilisant cette méthode, les chercheurs espèrent également créer des matériaux extrêmement légers capables de remplir de grands espaces, ce qui pourrait être utile dans l'isolation.

"Quand tu regardes quelque chose de creux, comme un plafond, " a déclaré Yang. "Il y a de l'air pour fournir une isolation thermique et acoustique. La question est maintenant de savoir comment nous pouvons concevoir ce matériau léger pour refléter la lumière, chaleur et/ou son en tirant parti des structures creuses au-delà d'une simple fonction."

En inscrivant des motifs sur les microclusters, ils espèrent imiter des structures complexes dans la nature, comme les poils de la fourmi du Sahara, qui sont creux mais triangulaires. La surface présente des ondulations sur les facettes supérieures du prisme triangulaire et un fond plat faisant face au corps de la fourmi. La conception complexe permet aux poils de la fourmi de refléter efficacement la lumière infrarouge et de garder le corps de la fourmi au frais dans le sable chaud du désert.