Un nouveau matériau intelligent et réactif peut se raidir comme un muscle travaillé, disent les ingénieurs de l'Iowa State University qui l'ont développé.

Stressez un muscle et il devient plus fort. Soulignez mécaniquement le matériau caoutchouteux - disons avec une torsion ou un coude - et le matériau se raidit automatiquement jusqu'à 300 pour cent, dirent les ingénieurs. Dans les tests en laboratoire, les contraintes mécaniques ont transformé une bande flexible du matériau en un composite dur pouvant supporter 50 fois son propre poids.

Ce nouveau matériau composite n'a pas besoin de sources d'énergie extérieures telles que la chaleur, la lumière ou l'électricité pour changer ses propriétés. Et il peut être utilisé de différentes manières, y compris les applications dans la médecine et l'industrie.

Le matériel est décrit dans un article récemment publié en ligne par la revue scientifique Horizons de matériaux . Les auteurs principaux sont Martin Thuo et Michael Bartlett, Iowa State professeurs assistants en science et ingénierie des matériaux. Les premiers auteurs sont Boyce Chang et Ravi Tutika, Étudiants au doctorat de l'État de l'Iowa en science et ingénierie des matériaux. Chang est également un étudiant associé du laboratoire Ames du département américain de l'Énergie.

Les fonds de démarrage de l'État de l'Iowa pour Thuo et Bartlett ont soutenu le développement du nouveau matériel. La bourse de professeur Black &Veatch de Thuo a également aidé à soutenir le projet.

Le développement du matériau a combiné l'expertise de Thuo en matière de micro-taille, particules de métal liquide avec l'expertise de Bartlett dans les matériaux souples tels que les caoutchoucs, plastiques et gels.

C'est une combinaison puissante.

Les chercheurs ont trouvé un simple, moyen peu coûteux de produire des particules de métal sous-refroidi - c'est un métal qui reste liquide même en dessous de sa température de fusion. Les minuscules particules (elles ne mesurent que 1 à 20 millionièmes de mètre de diamètre) sont créées en exposant des gouttelettes de métal fondu à l'oxygène, créant une couche d'oxydation qui recouvre les gouttelettes et empêche le métal liquide de se solidifier. Ils ont également trouvé des moyens de mélanger les particules de métal liquide avec un matériau élastomère caoutchouteux sans casser les particules.

Lorsque ce matériau hybride est soumis à des contraintes mécaniques - poussées, torsion, pliant, compression - les particules de métal liquide se brisent. Le métal liquide s'écoule de la coquille d'oxyde, fusionne et se solidifie.

"Vous pouvez presser ces particules comme un ballon, " dit Thuo. " Quand ils éclatent, c'est ce qui fait couler et solidifier le métal."

Le résultat, Bartlett a dit, est un « maille métallique qui se forme à l'intérieur du matériau ».

Thuo et Bartlett ont déclaré que le point d'éclatement peut être réglé pour faire couler le métal liquide après différentes quantités de contraintes mécaniques. Le réglage peut impliquer de changer le métal utilisé, changer la taille des particules ou changer le matériau mou.

Dans ce cas, les particules de métal liquide contiennent du métal de Field, un alliage de bismuth, l'indium et l'étain. Mais Thuo a dit que d'autres métaux fonctionneraient, trop.

"L'idée est que quel que soit le métal que vous pouvez obtenir pour sous-refroidir, vous obtiendrez le même comportement, " il a dit.

Les ingénieurs affirment que le nouveau matériau pourrait être utilisé en médecine pour soutenir les tissus délicats ou dans l'industrie pour protéger des capteurs précieux. Il pourrait également y avoir des utilisations dans la robotique douce et bio-inspirée ou dans l'électronique reconfigurable et portable. La Iowa State University Research Foundation travaille à breveter le matériau et il est disponible pour une licence.

"Un appareil avec ce matériau peut fléchir jusqu'à une certaine quantité de charge, " dit Bartlett. " Mais si vous continuez à insister, l'élastomère va se raidir et arrêter ou ralentir ces forces."

Et cela, les ingénieurs disent, C'est ainsi qu'ils mettent du muscle dans leur nouveau matériel intelligent.