Lorsqu'il est étiré ou déformé, les polymères à mémoire de forme retrouvent leur forme d'origine après application de la chaleur ou de la lumière. Ces matériaux sont très prometteurs pour la robotique douce, dispositifs biomédicaux intelligents et structures spatiales déployables, mais jusqu'à présent, ils n'ont pas été en mesure de stocker suffisamment d'énergie. Maintenant, chercheurs rapportant dans ACS Science centrale ont développé un polymère à mémoire de forme qui stocke près de six fois plus d'énergie que les versions précédentes.

Les polymères à mémoire de forme alternent entre un original, état non déformé et un secondaire, état déformé. L'état déformé est créé en étirant le polymère et est maintenu en place par des changements moléculaires, tels que les réseaux de liaison dynamique ou la cristallisation induite par déformation, qui sont inversés avec la chaleur ou la lumière. Le polymère revient ensuite à son état d'origine grâce à la libération d'énergie entropique stockée. Mais il a été difficile pour les scientifiques de faire en sorte que ces polymères effectuent des tâches énergivores. Zhenan Bao et ses collègues voulaient développer un nouveau type de polymère à mémoire de forme qui s'étire en un état très allongé, lui permettant de libérer de grandes quantités d'énergie lors du retour à son état d'origine.

Les chercheurs ont incorporé 4-, unités 4'-méthylène bisphénylurée dans un squelette polymère poly(propylène glycol). Dans l'état d'origine du polymère, les chaînes polymères étaient enchevêtrées et désordonnées. L'étirement a provoqué l'alignement des chaînes et la formation de liaisons hydrogène entre les groupes urée, créant des structures supermoléculaires qui stabilisaient l'état très allongé. Le chauffage a provoqué la rupture des liaisons et la contraction du polymère à son niveau initial, état désordonné.

Dans les essais, le polymère pouvait être étiré jusqu'à cinq fois sa longueur d'origine et stocker jusqu'à 17,9 J/g d'énergie –– près de six fois plus d'énergie que les polymères à mémoire de forme précédents. L'équipe a démontré que le matériau étiré pouvait utiliser cette énergie pour soulever des objets 5, 000 fois son propre poids lors du chauffage. Ils ont également fabriqué un muscle artificiel en attachant le polymère pré-étiré au bras supérieur et inférieur d'un mannequin en bois. Lorsqu'il est chauffé, le matériel contracté, obligeant le mannequin à plier son bras au niveau du coude. En plus de sa densité énergétique record, le polymère à mémoire de forme est également peu coûteux (les matières premières coûtent environ 11 $ la livre) et facile à fabriquer, disent les chercheurs.