Des scientifiques de l'Université nationale de Yokohama et de l'Université de Tokyo au Japon ont conçu un gel ionique avec une excellente ténacité et une capacité d'auto-guérison à température ambiante sans aucun déclencheur externe ou changement détectable dans l'environnement tel que la lumière ou la température. Cette nouvelle classe de matériaux a un potentiel prometteur pour la construction d'appareils électroniques flexibles.

Les gels ioniques ont attiré beaucoup d'attention en raison de leurs propriétés uniques, y compris une faible tendance à s'évaporer à température ambiante, une stabilité thermique élevée et une conductivité ionique élevée. Les chercheurs ont démontré un gel ionique qui guérit rapidement tout seul sans aucun stimuli externe à température ambiante. Ils démontrent également l'excellente ténacité du matériau résultant des multiples liaisons hydrogène au sein du matériau.

« Les appareils électroniques portables doivent être étirés et pliés plusieurs fois au cours de leur utilisation quotidienne, " dit Ryota Tamate, un auteur correspondant et chercheur postdoctoral JSPS à la Graduate School of Engineering, Université nationale de Yokohama. "Si le gel ionique utilisé dans l'appareil portable a une propriété d'auto-guérison, il peut réparer les fissures et les dommages lors des étirements et flexions répétés, et améliorer la durabilité de l'appareil."

L'étude, Publié dans Matériaux avancés en juillet 2018, décrit un type spécifique de gel polymère, appelé le gel ionique, qui est rempli de sels sous forme liquide, ou des liquides ioniques. Ce gel ionique a été créé en combinant deux matériaux, ou "blocs" - l'un est repoussé par les liquides ioniques tandis que l'autre se lie à l'hydrogène. Ensemble, ils forment ce qu'on appelle un copolymère dibloc. La combinaison des sels liquides et du matériau copolymère dibloc a abouti à une structure micellaire finale qui est responsable de toutes les qualités souhaitables du matériau. Le bloc repoussé par les liquides ioniques constitue le noyau, tandis que l'extérieur est composé de chaînes qui interagissent les unes avec les autres via de multiples liaisons hydrogène.

L'étude est la première démonstration que l'introduction de liaisons hydrogène dans les gels ioniques peut entraîner la résistance du matériau ainsi que sa capacité à s'auto-cicatriser à température ambiante.

"Le processus d'auto-guérison de ce gel ionique peut être achevé aussi rapidement qu'en quelques heures, " dit Tamate.

"La liaison hydrogène est réversible, et comme résultat, c'est une interaction prometteuse qui contribue à la capacité d'un matériau à s'auto-guérir en raison de sa nature réversible. Dans cette étude, en ajustant la force de liaison hydrogène des chaînes polymères dans les liquides ioniques, nous avons utilisé une liaison hydrogène comme point de réticulation réversible du gel ionique. Par ailleurs, nous avons prouvé que la structure micellaire formée par le matériau copolymère dibloc améliorait considérablement la résistance physique et la capacité d'auto-portance du gel ionique, " il ajouta.

Alors que plusieurs types de gels ioniques tenaces ont été signalés jusqu'à présent, les auteurs écrivent que l'obtention à la fois d'une capacité d'auto-guérison et d'une ténacité élevée reste un grand défi. Ils rapportent également que les propriétés mécaniques et électrochimiques de leur gel étaient similaires à celles d'un gel ionique non modifié ou inchangé. La capacité autonome du matériau, le fait qu'il puisse s'auto-cicatriser à température ambiante ainsi que facilement traité en solution en fait un électrolyte solide prometteur pour de futures applications dans le domaine de l'électronique flexible, en particulier pour créer une électronique auto-cicatrisante.

Selon Tamate, "Pour les applications d'appareils, la durabilité du gel ionique dans diverses conditions de contrainte physique doit être étudiée quantitativement. En outre, comme le présent copolymère dibloc a tendance à absorber l'humidité de l'air, nous voudrions rechercher d'autres interactions entre des structures composées de plusieurs molécules qui sont stables en atmosphère ouverte pendant longtemps. En outre, comme les propriétés physiques des liquides ioniques peuvent être largement ajustées par la sélection de cations et d'anions, la combinaison avec différents liquides ioniques sera étudiée."

Finalement, les auteurs souhaitent développer de nouveaux gels ioniques fonctionnels pouvant être utilisés pour créer de nouveaux dispositifs flexibles et donc portables.