Le laboratoire de recherche de l'Air Force a développé des systèmes de métal liquide qui changent de structure de manière autonome afin qu'ils deviennent de meilleurs conducteurs en réponse à la contrainte.

Les matériaux conducteurs changent leurs propriétés lorsqu'ils sont tendus ou étirés. Typiquement, la conductivité électrique diminue et la résistance augmente avec l'étirement.

Le matériel récemment développé par les scientifiques de l'AFRL, appelés Réseaux de Métal Liquide Polymérisé, fait exactement le contraire. Ces réseaux de métal liquide peuvent être tendus jusqu'à 700%, répondre de manière autonome à cette tension pour maintenir la résistance entre ces deux états pratiquement la même, et reviennent toujours à leur état d'origine. Tout cela est dû à la nanostructure auto-organisée au sein du matériau qui effectue ces réponses automatiquement.

"Cette réponse à l'étirement est l'exact opposé de ce à quoi vous vous attendriez, " a déclaré le Dr Christopher Tabor, Le chercheur principal de l'AFRL sur le projet. "Généralement, un matériau augmentera en résistance à mesure qu'il est étiré simplement parce que le courant doit traverser plus de matériau. Expérimenter ces systèmes de métal liquide et voir la réponse opposée était complètement inattendu et franchement incroyable jusqu'à ce que nous comprenions ce qui se passait."

Les fils conservant leurs propriétés dans ces différents types de conditions mécaniques ont de nombreuses applications, tels que les appareils électroniques portables de nouvelle génération. Par exemple, le matériau pourrait être intégré dans un vêtement à manches longues et utilisé pour transférer la puissance à travers la chemise et à travers le corps de manière à ce que la flexion d'un coude ou la rotation d'une épaule ne modifie pas la puissance transférée.

Les chercheurs de l'AFRL ont également évalué les propriétés chauffantes du matériau dans un facteur de forme ressemblant à un gant chauffant. Ils ont mesuré la réponse thermique avec un mouvement soutenu des doigts et ont conservé une température presque constante avec une tension appliquée constante, contrairement aux appareils de chauffage extensibles de pointe actuels qui perdent une production d'énergie thermique substantielle lorsqu'ils sont tendus en raison des changements de résistance. Ces propriétés et les détails de fabrication des matériaux sont directement comparés dans le numéro actuel de Matériaux avancés .

Ce projet a débuté au cours de la dernière année et a été développé en AFRL avec des fonds de recherche fondamentale de l'Air Force Office of Scientific Research. Il est actuellement à l'étude pour un développement ultérieur en partenariat avec des entreprises privées et des universités. Travailler avec des entreprises sur la recherche coopérative est bénéfique car elles prennent des systèmes précoces qui fonctionnent bien en laboratoire et les optimisent pour une éventuelle mise à l'échelle. Dans ce cas, ils permettront l'intégration de ces matériaux dans des textiles pouvant servir à surveiller et à augmenter les performances humaines.

Les chercheurs commencent avec des particules individuelles de métal liquide enfermées dans une coquille, qui ressemblent à des ballons d'eau. Chaque particule est ensuite chimiquement attachée à la suivante par un processus de polymérisation, s'apparente à l'ajout de maillons dans une chaîne ; de cette façon, toutes les particules sont reliées les unes aux autres.

Au fur et à mesure que les particules de métal liquide connectées sont tendues, les particules se déchirent et le métal liquide se répand. Les connexions se forment pour donner au système à la fois une conductivité et une extensibilité inhérente. Au cours de chaque cycle d'étirement après le premier, la conductivité augmente et revient à la normale. Pour couronner le tout, il n'y a pas de détection de fatigue après 10, 000 cycles.

« La découverte des réseaux de métaux liquides polymérisés est idéale pour la fourniture d'énergie extensible, détection et circuits, " a déclaré le capitaine Carl Thrasher, chimiste chercheur au sein de la Direction Matériaux et Fabrication de l'AFRL et auteur principal de l'article de revue. « Les systèmes d'interfaçage humain pourront fonctionner en continu, peser moins, et fournir plus de puissance avec cette technologie."

"Nous pensons que c'est vraiment excitant pour une multitude d'applications, " Il a ajouté. " C'est quelque chose qui n'est pas disponible sur le marché aujourd'hui, donc nous sommes vraiment ravis de présenter cela au monde et de faire passer le mot. "