Des chercheurs de l'Université d'Hokkaido ont développé un hydrogel qui fait le contraire de ce que les matériaux à base de polymère, comme des bouteilles en plastique, font normalement:leur matériau durcit lorsqu'il est chauffé et se ramollit lorsqu'il est refroidi. Leurs découvertes, publié dans la revue Matériaux avancés , pourrait conduire à la fabrication de vêtements de protection pour les accidents de la circulation et liés au sport.

Takayuki Nonoyama et Jian Ping Gong de l'Université d'Hokkaido et leurs collègues ont été inspirés par la façon dont les protéines restent stables à l'intérieur des organismes qui survivent dans des environnements de chaleur extrême, comme les sources chaudes et les bouches thermales en haute mer. Normalement, la chaleur "dénature" les protéines, altérant leur structure et rompant leurs liens. Mais les protéines dans les thermophiles restent stables à la chaleur grâce à des interactions électrostatiques améliorées telles que les liaisons ioniques.

L'équipe a développé une solution peu coûteuse, gel polyacrylique non toxique basé sur ce concept. Un gel composé de polyélectrolyte poly (acide acrylique) (PAAc) a été immergé dans une solution aqueuse d'acétate de calcium. Le PAAc à lui seul agit comme tout autre matériau à base de polymère et se ramollit lorsqu'il est chauffé. Mais quand l'acétate de calcium est ajouté, Les résidus secondaires de PAAc interagissent avec les molécules d'acétate de calcium, d'une manière similaire à ce qui se passe à l'intérieur des protéines thermophiles, ce qui fait que PAAc agit très différemment.

L'équipe a découvert que leur gel uniforme à l'origine se sépare en une "phase" polymère dense et en une phase polymère clairsemée lorsque la température augmente. Lorsqu'il atteint une température critique, dans ce cas autour de 60°C, la phase dense subit une déshydratation importante qui renforce les liaisons ioniques et les interactions hydrophobes entre les molécules de polymère. Cela provoque la transformation rapide du matériau d'un doux, hydrogel transparent à un rigide, plastique opaque.

Le matériau chauffé était 1, 800 fois plus rigide, 80 fois plus fort, et 20 fois plus résistant que l'hydrogel d'origine. La commutation souple à rigide était complètement réversible en chauffant et en refroidissant alternativement le matériau. De plus, les scientifiques ont pu affiner la température de commutation en ajustant la concentration des ingrédients.

Ils ont ensuite démontré une application possible du matériau en le combinant avec un tissu de verre tissé. Ce nouveau tissu était doux à température ambiante, mais quand il a été tiré contre une surface asphaltée pendant cinq secondes à une vitesse de 80 km/h, la chaleur générée par le frottement a durci le matériau avec seulement des abrasions mineures se formant sur la surface de contact.

Takayuki Nonoyama dit, « Des vêtements fabriqués à partir de tissus similaires pourraient être utilisés pour protéger les personnes lors d'accidents de la circulation ou liés au sport, par exemple. Notre matériau pourrait également être utilisé comme revêtement de fenêtre absorbant la chaleur pour garder les environnements intérieurs plus frais."

"Ce gel polymère peut être facilement fabriqué à partir de matériaux polyvalents, matières premières peu coûteuses et non toxiques que l'on trouve couramment dans la vie quotidienne. Spécifiquement, les acides polyacryliques sont utilisés dans les couches jetables et les acétates de calcium sont utilisés dans les additifs alimentaires, " Jian Ping Gong a ajouté. " Notre étude contribue à la recherche fondamentale sur de nouveaux polymères sensibles à la température, et à la recherche appliquée sur les matériaux intelligents sensibles à la température."