Schéma de la procédure de fabrication de l'élastomère magnétorhéologique chargé de métal liquide Crédit :Yun et al
La robotique avancée tactile sensible ou les dispositifs portables de nouvelle génération dotés de capacités de détection sophistiquées pourraient bientôt être possibles suite au développement d'un caoutchouc qui combine flexibilité et haute conductivité électrique.
Le nouveau matériau composite intelligent, développé par des chercheurs de la Faculté d'ingénierie et des sciences de l'information de l'Université de Wollongong (UOW), présente des propriétés qui n'avaient pas été observées auparavant :il augmente sa conductivité électrique au fur et à mesure qu'il se déforme, surtout lorsqu'il est allongé.
Matériaux élastiques, comme les caoutchoucs, sont recherchés dans la robotique et la technologie portable car ils sont intrinsèquement flexibles, et peut être facilement modifié pour répondre à un besoin particulier.
Pour les rendre électriquement conducteurs, une charge conductrice, comme les particules de fer, est ajouté pour former un matériau composite.
Le défi pour les chercheurs a été de trouver une combinaison de matériaux pour produire un composite qui surmonte les fonctions concurrentes de flexibilité et de conductivité. Typiquement, lorsqu'un matériau composite est étiré, sa capacité à conduire l'électricité diminue à mesure que les particules de charge conductrices se séparent.
Encore, pour la sphère émergente de la robotique et des appareils portables, pouvoir se plier, comprimé, étiré ou tordu tout en conservant la conductivité est une exigence vitale.
Dirigé par le professeur principal Weihua Li et le chercheur postdoctoral du vice-chancelier Dr. Shiyang Tang, les chercheurs de l'UOW ont développé un matériau qui jette le livre de règles sur la relation entre la contrainte mécanique et la conductivité électrique.
En utilisant du métal liquide et des microparticules métalliques comme charge conductrice, ils ont découvert un composite qui augmente sa conductivité au fur et à mesure des contraintes exercées sur lui - une découverte qui ouvre non seulement de nouvelles possibilités dans les applications, cela s'est également produit d'une manière inattendue.
Le Dr Tang a dit que la première étape était un mélange de métal liquide, microparticules de fer, et élastomère qui, par un accident fortuit, avait été guéri dans un four pendant beaucoup plus longtemps que la normale.
Le matériau sur-durci avait une résistance électrique réduite lorsqu'il était soumis à un champ magnétique, mais il a fallu des dizaines d'échantillons supplémentaires pour découvrir que la raison du phénomène était un temps de durcissement prolongé de plusieurs heures de plus qu'il ne le faudrait normalement.
Doctorant Guolin Yun (devant, centre) démontre la conductivité de l'élastomère composite avec le professeur senior Weihua Li (à gauche) et le Dr Shiyang Tang (à droite). Crédit :Université de Wollongong
« Quand nous avons accidentellement étiré un échantillon pendant que nous mesurions sa résistance, nous avons constaté de manière surprenante que la résistance a considérablement diminué, " dit le Dr Tang.
"Nos tests approfondis ont montré que la résistivité de ce nouveau composite pouvait chuter de sept ordres de grandeur lorsqu'il était étiré ou comprimé, même d'une petite quantité.
"L'augmentation de la conductivité lorsque le matériau est déformé ou qu'un champ magnétique est appliqué sont des propriétés que nous pensons être sans précédent."
Les résultats ont été publiés récemment dans la revue Communication Nature .
Auteur principal et Ph.D. L'étudiant Guolin Yun a déclaré que les chercheurs avaient démontré plusieurs applications intéressantes telles que l'exploitation de la conductivité thermique supérieure du composite pour construire un appareil de chauffage portable qui réchauffe là où la pression est appliquée.
"La chaleur augmente dans la zone où la pression est appliquée et diminue lorsqu'elle est retirée. Cette fonctionnalité peut être utilisée pour les appareils de chauffage flexibles ou portables, comme les semelles chauffantes, " il a dit.
Le groupe de recherche a étudié des matériaux qui peuvent changer leur état physique, comme la forme ou la dureté, en réponse à une pression mécanique. Avec l'ajout de la conductivité électrique, les matériaux deviennent « intelligents » en étant capables de convertir les forces mécaniques en signaux électroniques.
Le professeur Li a déclaré que la découverte n'avait pas seulement surmonté le défi clé de trouver un matériau composite flexible et hautement conducteur, ses propriétés électriques inédites pourraient conduire à des applications innovantes, tels que des capteurs extensibles ou des dispositifs portables flexibles capables de reconnaître le mouvement humain.
"Lors de l'utilisation de composites conducteurs conventionnels dans l'électronique flexible, la diminution de la conductivité lors de l'étirement est indésirable car elle peut affecter de manière significative les performances de ces appareils et compromettre la durée de vie de la batterie.
"Dans ce sens, nous avons dû développer un matériau composite aux propriétés jamais observées auparavant :un matériau capable de conserver sa conductivité, ou des augmentations de conductivité, comme il est allongé.
"Nous savons que de nombreuses avancées scientifiques sont issues d'idées inhabituelles. L'exploration de domaines non conventionnels et une culture de laboratoire qui encourage l'innovation sont plus susceptibles d'apporter des découvertes inattendues."
