Spiderman l'a compris.

Ce n'est donc pas un hasard si Sheng Shen parle de son travail avec les nanofibres polymères, il le compare à une araignée qui tisse sa toile.

"Tout comme une araignée synthétise la soie à partir d'un polymère protéique pour former une fibre avec une résistance similaire à celle de l'acier à haute résistance, les polymères peuvent être filés et étirés pour former des matériaux à haute résistance avec une conductivité thermique exceptionnellement élevée, " dit Shen, professeur agrégé de génie mécanique à l'Université Carnegie Mellon.

Shen et son équipe ont développé une nanofibre polymère résistante, poids léger, thermiquement conducteur, isolant électrique, et biocompatible. Ils ont accompli tout cela dans un seul brin de fibre polymère mesurant moins de 100 nanomètres.

Selon Shen, l'impact potentiel de ce développement est énorme. Les caractéristiques de sa nanofibre polymère lui confèrent une application dans les systèmes aérospatiaux et automobiles, génie civil et structure, Équipement médical, et robotique.

Dans leur forme la plus simple, les polymères sont beaucoup de molécules identiques réunies encore et encore. Les molécules pourraient être jointes en chaînes "simples" ou en structures plus compliquées. Dans les deux cas, le polymère résultant a les mêmes caractéristiques que les molécules utilisées pour le créer. Cela signifie qu'un polymère pourrait être collant, solide, souple, ou un certain nombre d'autres caractéristiques physiques contenues dans ses molécules.

Traditionnellement, dit Shen, les polymères sont "la plate-forme matérielle générale (utilisée) pour développer des matériaux multifonctionnels, " y compris les plastiques, bas de nylon, et caoutchoucs. Les polymères sont facilement transformés à des prix relativement bas, mais ont leurs inconvénients.

Les polymères en vrac prototypes sont souvent amorphes, ce qui signifie que leurs chaînes de molécules sont enroulées au hasard et n'ont pas de forme et de forme définies. Ce manque de définition peut conduire à une résistance réduite, conductivité thermique réduite, et des défauts accrus comme les vides et les enchevêtrements de molécules.

Le défi était de développer un polymère à la fois ultra-résistant et thermiquement conducteur.

Pour Shen, l'endroit pour le faire était au niveau nano. À ce niveau – un milliardième de mètre – Shen peut concevoir des molécules individuelles pour qu'elles s'assemblent exactement de la manière qu'il souhaite qu'elles s'assemblent.

« À l'échelle nanométrique, les chaînes polymères deviennent fortement orientées et les défauts qui diminuent la résistance et la conductivité thermique peuvent être éliminés, " dit Shen.

La nanofibre polymère résultante a un module de Young (la mesure de la rigidité d'un matériau solide) et une résistance qui, selon Shen, est 300 fois supérieure à celle des polymères en vrac.

Quant à la conductivité thermique, Shen rapporte que sa nanofibre polymère mesure un taux de conductivité de 100 W/mK. En moyenne, le taux de conductivité de l'acier est de 54 W/mK et le taux de fer est de 73 W/mK.

"Ces nanofibres offrent une voie peu coûteuse pour obtenir une élimination de la chaleur très efficace dans les systèmes électroniques, ", a déclaré Shen. "Ils peuvent également être des dissipateurs de chaleur biocompatibles pour améliorer les soins aux patients."

À ce jour, Shen et son équipe ont testé des nanofibres simples. Sur la base des résultats de ces tests, ils ont tourné leur attention vers la création d'une approche de fabrication innovante qui permettra la production de masse des nanofibres polymères.

Shen est convaincu que lui et son équipe ont inventé un produit qui aura des impacts pratiques et à grande échelle le plus tôt possible.

"Nous pensons vraiment qu'il s'agit d'une technologie qui change la donne en transformant les polymères de matériaux souples et thermiquement isolants en un matériau ultra-résistant et thermiquement conducteur, " dit Shen.

doctorat le candidat Ramesh Shrestha et Maarten de Boer, professeur de génie mécanique, apporté des contributions importantes à cette recherche. Les résultats ont été publiés dans Communication Nature .