Trouver le juste équilibre entre douceur et robustesse, Le bois de balsa est un matériau de choix pour la fabrication de tout, des modèles réduits d'avions aux pales d'éoliennes de grande taille. Des scientifiques aux États-Unis et en Chine ont ouvert un nouveau domaine de possibilités pour le balsa en détournant sa structure naturelle avec des traitements chimiques et physiques pour le transformer en une « éponge de carbone de bois » capable de supporter des compressions répétées et d'autres conditions mécaniques extrêmes. Leur travail paraît le 1er mars dans la revue Chimie .

"Nos résultats révèlent que le balsa rigide et incompressible peut être rendu hautement compressible par un traitement chimique et un procédé de carbonisation, produisant une éponge de carbone de bois avec une compressibilité mécanique et une résistance à la fatigue et une sensibilité de réponse électrique dépassant celles de la plupart des matériaux carbonés compressibles rapportés, " dit le co-auteur principal Liangbing Hu, un nano-ingénieur et scientifique des matériaux à l'Université du Maryland, École d'ingénierie A. James Clark de College Park (UMD). "Étant donné que cette éponge de carbone en bois est entièrement fabriquée à partir de bois naturel avec une méthode simple et économique, la matière première est également exceptionnellement renouvelable et durable, par opposition aux options populaires comme les nanotubes de carbone ou le graphène."

Les auteurs ont obtenu l'architecture pliable mais résiliente de l'éponge de carbone en bois en utilisant des produits chimiques courants pour détruire les fibres rigides d'hémicellulose et de lignine qui maintiennent la structure normale de la paroi cellulaire du bois de balsa, puis en chauffant le bois traité à 1, 000°C afin de transformer la matière organique en carbone seul. L'effet net du processus était d'effondrer la répétition, ordinaire, poches rectangulaires typiques de la microstructure du balsa et autres bois et les remplacer par un empilement de ondulé, emboîtement, feuilles de carbone en forme d'arche, comparé par Hu à un croisement entre un ressort hélicoïdal et un nid d'abeille.

Alors que le bois carbonisé normal, obtenu à partir de l'étape de chauffage uniquement sans aucune modification chimique, est si fragile que toute force appliquée raisonnable le pulvérise de manière irréversible en cendres et en poussière, l'éponge de carbone de bois a résisté et rebondi d'une compression substantielle jusqu'à 10, 000 essais consécutifs avant que la déformation ne s'installe. Une telle performance a d'abord surpris l'équipe de recherche, qui était également dirigé par Teng Li, ingénieur en mécanique à l'Université du Maryland, Parc du Collège, et Jia Xie, ingénieur électricien à l'Université des sciences et technologies de Huazhong (Chine).

Après avoir effectué d'autres tests mécaniques et électriques sur l'éponge, les chercheurs ont pu en incorporer une tranche dans un prototype de capteur de contrainte adapté à la fixation à un doigt humain, une qualité souhaitable pour une utilisation dans l'électronique portable de fitness ou de surveillance de la santé.

Les chercheurs pensent que le matériau éponge de carbone de bois pourrait également être incorporé dans des dispositifs de purification d'eau et des technologies de stockage et de conversation d'énergie, comme les supercondensateurs et les batteries rechargeables. « Les applications abondantes illustrent la valeur d'une stratégie qui explore les potentiels cachés des matériaux naturels, comme les arbres, en s'inspirant d'autres structures et sources naturelles, " dit Hu.