Scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo, RIKEN et l'Université du Tohoku ont développé une chaîne polymère de silicone qui peut s'auto-assembler en une structure périodique 3-D. Ils y sont parvenus en utilisant leurs molécules de triptycène auto-assemblantes récemment rapportées pour modifier les extrémités des chaînes polymères.

Le développement de nouveaux matériaux souples pour diverses optiques, mécanique, le transport de chaleur/charge et les applications nanotechnologiques bénéficieraient grandement des techniques permettant de créer des assemblages de polymères dans des structures ordonnées périodiquement. De telles structures ordonnées sont créées à l'aide d'échafaudages moléculaires ou en modifiant certaines parties des polymères utilisés afin qu'ils s'auto-assemblent dans la forme souhaitée.

Cependant, les chercheurs considèrent aujourd'hui que la fonctionnalisation terminale (modifier les deux extrémités d'une chaîne polymère) n'est pas très efficace pour créer des structures périodiquement ordonnées. C'est pourquoi les scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), dirigé par Fumitaka Ishiwari, étaient intéressés à revisiter l'une de leurs molécules triptycènes récemment développées, appelé 1, 8, 13-Voyage. L'équipe avait déjà démontré que cette molécule peut s'auto-assembler de manière fiable en une structure 3D périodique constituée de feuilles 2D parallèles séparées les unes des autres par une distance fixe (voir Fig. 1). « Nous voulions savoir si la puissante capacité d'auto-assemblage de ce motif triptycène fonctionnerait également dans les systèmes polymères, " explique Ishiwari.

Par conséquent, l'équipe a conçu des chaînes de polydiméthylsiloxane (PDMS) dont les extrémités ont été remplacées par une molécule de triptycène. Ils espéraient que ces chaînes en silicone modifiées présenteraient également le comportement d'auto-assemblage prometteur observé pour 1, 8, 13-Voyage seul, et a donc dû faire de nombreuses expériences différentes pour le prouver, y compris la diffraction/diffusion des rayons X par rayonnement synchrotron utilisant la ligne de faisceau BL45XU au SPring-8 (Hyogo, Japon), calorimétrie différentielle à balayage et mesures de spectroscopie. Heureusement, tous les résultats semblaient indiquer que les chaînes PDMS modifiées s'étaient auto-assemblées dans la structure périodique 3-D illustrée à la figure 2. Cela a également été vérifié en analysant les différences dans les caractéristiques d'écoulement des chaînes PDMS modifiées et des chaînes PDMS régulières.

Les découvertes de l'équipe sont très prometteuses car le motif triptycène utilisé est simple et facile à synthétiser par étapes courtes, et peut fournir un outil puissant pour organiser les polymères et renforcer leurs propriétés structurelles et physiques. "La présente découverte mettra à jour la notion générale selon laquelle la fonctionnalisation terminale n'est pas efficace pour réaliser l'assemblage contrôlé de polymères dans une structure ordonnée périodiquement, " conclut Ishiwari. L'équipe continuera d'étudier l'auto-organisation des polymères, et on espère que les résultats conduiront au développement de nouveaux matériaux et techniques de synthèse.

Le professeur Masaki Takata de l'Université de Tohoku a attribué le succès de l'étude aux efforts de collaboration du Network Joint Research Center for Materials and Devices et de l'installation de rayonnement synchrotron à grande échelle, PRINTEMPS-8, géré par RIKEN. Il a ajouté que « cela, espérons-le, déclencherait également une forte demande pour d'autres matériaux de haute qualité, qui peut être développé dans l'installation synchrotron de nouvelle génération de 3GeV, devrait commencer la construction à l'université de Tohoku l'année prochaine.