Fonctions des matériaux supramoléculaires. Lorsque les matériaux ont été blessés, ils ont guéri en 1 min. Plus loin, lorsqu'il est appliqué en tant que revêtement sur un substrat de verre, le matériau a montré des propriétés de guérison extrêmement rapides, comme la peau. La propriété recyclable peut traiter des dommages graves qui ne peuvent pas être traités par la propriété d'auto-guérison. Cela prolonge la durée de vie du matériau. Crédit :Université d'Osaka
Les plastiques sont omniprésents dans la vie moderne; Malheureusement, une fois qu'ils perdent leur fonction, ils polluent l'environnement. Maintenant, des chercheurs de l'Université d'Osaka ont développé des matériaux polymères qui combinent auto-cicatrisation, résistance et recyclabilité qui pourraient prolonger la durée de vie fonctionnelle des plastiques manufacturés, minimisant ainsi le problème de montée en flèche des restes mis au rebut.
Les polymères sont des substances polyvalentes, composé de nombreuses sous-unités moléculaires répétitives, avec des fonctions essentielles et diverses dans les processus biologiques et l'industrie. Malheureusement, leur durabilité est à double tranchant :les déchets plastiques génèrent des déchets et peuvent contaminer notre environnement pendant des siècles. Environ 50 kg de plastiques sont produits chaque année pour chaque être humain; cela double chaque décennie. D'ici 2050, il y a peut-être plus de plastiques dans nos océans que de poissons. Comme les plastiques sont indispensables, prolongeant leur durée de vie en améliorant la durabilité, l'auto-guérison et la recyclabilité peuvent aider à réduire les déchets.
Interactions hôte-invité, une branche fascinante de la chimie supramoléculaire, décrit des complexes moléculaires maintenus dans des relations structurelles uniques par une liaison non covalente. Ces liaisons physiques permettent une reconnaissance moléculaire et sont idéales pour préparer des matériaux aux propriétés rapidement réversibles.
"Nous avons préparé des matériaux supramoléculaires en mélangeant des polymères hôtes et invités de β-cyclodextrine acétylée et d'adamantane, " explique Junsu Park, auteur principal. « Nous avons comparé trois méthodes de mélange :coulée conventionnelle, pétrissage planétaire et broyage à billes. Le broyage à billes utilise des billes de zircone dans un pot de broyage en zircone sur une roue solaire tournant de manière excentrique en sens inverse. Les forces de rotation supplémentaires sur les surfaces de broyage et l'interaction entre l'impact et le frottement provoquent un mélange à l'échelle nanométrique. »
Schéma des structures internes des matériaux et de leurs fonctions. Généralement, les enchevêtrements de chaînes polymères retardent une reconnaissance moléculaire efficace. Le mélange planétaire démêle les enchevêtrements de chaînes pour permettre une reconnaissance moléculaire efficace. Les matériaux présentent alors des propriétés d'auto-cicatrisation et de recyclage extrêmement rapides. Crédit :Université d'Osaka
Les chercheurs ont analysé les polymères en les blessant, rejoindre, en tant que revêtement d'un substrat de verre et après broyage à billes répété. En utilisant l'analyse mécanique dynamique, mesures de propriétés thermiques, mesures de diffusion des rayons X aux petits angles, et microscopie confocale à balayage laser, etc ils ont évalué la résistance aux rayures, déformabilité et résistance à la traction.
Les résultats ont été remarquables. Mélange planétaire efficacement produit dur, auto-guérison, et des matériaux supramoléculaires recyclables. Les rayures de surface ont disparu en quelques secondes et les fragments fracturés se sont réunis en quelques minutes. De plus, les propriétés mécaniques ont été conservées même après des fraisages répétés. « Le broyage à billes démêle les chaînes polymères dans les matériaux et augmente leur mobilité tout en facilitant leur reformation, " explique Park. " Cela maintient le nombre d'interactions hôte-invité, assurant à la fois l'auto-guérison et la ténacité."
Application potentielle des matériaux supramoléculaires. Crédit :Université d'Osaka
L'auteur principal Yoshinori Takashima décrit le potentiel de ces découvertes :« Nous pouvons développer des matériaux résistants capables de s'autoréparer qui conservent ces propriétés même lorsqu'ils sont recyclés. Prolonger leur durée de vie fonctionnelle est essentiel pour préserver l'environnement, car ils sont de plus en plus utilisés dans la fabrication. De plus, , leurs propriétés biomimétiques uniques ouvrent des voies d'application dans des domaines tels que la peau artificielle pour les prothèses, des robots et même des véhicules."
