Une nouvelle façon d'analyser comment les revêtements de minuscules particules modifient les propriétés du plastique transparent pourrait aider les chercheurs à créer des fenêtres légères avec presque la résistance du verre. La même méthode pourrait également conduire à une résistance élevée, des revêtements anti-rayures pouvant être appliqués sur de nombreux matériaux différents, selon les chercheurs du MIT qui ont développé l'analyse.

L'analyse a utilisé un polymère appelé poly(méthacrylate de méthyle), ou PMMA, qui est largement utilisé comme substitut du verre. Connu génériquement sous le nom d'acrylique, et vendus sous des marques telles que Lucite ou Plexiglas, ce matériau peut être cassant et est beaucoup moins résistant aux rayures que le verre.

D'autres chercheurs ont ajouté des particules de silice mesurant seulement quelques nanomètres au PMMA, créer un nanocomposite polymère-particule avec une résistance beaucoup plus grande. Mais l'équipe du MIT, pour la première fois, a trouvé un moyen d'analyser les interactions particule-polymère de tels revêtements à l'échelle nanométrique, ce qui pourrait faciliter la découverte de revêtements améliorés. Leurs travaux ont été rapportés en juillet dans la revue Matière molle .

L'analyse a été réalisée par Meng Qu, un post-doctorat au Département de science et génie des matériaux du MIT, avec le professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux Krystyn Van Vliet et plusieurs chercheurs de DuPont Nanocomposite Technologies dans le Delaware. Le travail a été en partie financé par l'Alliance DuPont-MIT.

Des particules de silice ont été utilisées pour le revêtement car elles sont transparentes, ainsi le matériau fini conserve sa transparence. Mais la silice et l'acrylique ne sont pas compatibles, ce qui provoquerait normalement l'agglutination des minuscules grains de silice - qui ne mesurent qu'environ 10 à 20 nanomètres de diamètre, ou environ un dix millième de la largeur d'un cheveu humain. Afin de surmonter cela, la silice a été traitée avec d'autres "groupes fonctionnels" de molécules, changer sa chimie de surface pour qu'il se disperse uniformément sur la surface du polymère.

Puis, les chercheurs ont chauffé le polymère pour le ramollir légèrement, et a utilisé un microscope à force atomique pour observer les particules alors qu'elles s'enfonçaient lentement dans la surface. De telles observations de la dynamique du processus n'avaient jamais été réalisées auparavant, permettant à l'équipe du MIT de voir à quelle vitesse les particules s'enfoncent et de déterminer exactement comment elles interagissent avec le polymère.

Les données obtenues ont permis à l'équipe de déterminer les matériaux de revêtement et les densités de particules optimaux pour renforcer la surface du polymère, rendant possible des substituts de fenêtres plus solides. Le travail pourrait également conduire à des revêtements anti-rayures pulvérisés pour tout, des voitures aux téléphones portables, Qu dit. « Toute surface nécessitant un revêtement » est potentiellement candidate à un tel traitement, elle dit. "Nous avons démontré que mettre une petite quantité de particules sur la surface augmente la rigidité."

Le travail pourrait également faire une différence dans de nombreuses utilisations actuelles du PMMA, comme les fenêtres utilisées dans les réservoirs d'aquarium. Maintenant, ces fenêtres sont très épaisses pour résister à l'énorme pression d'eau dans les grands réservoirs. Mais si le matériau est plus solide, les fenêtres pourraient être rendues plus minces et plus légères, et donc moins cher, Qu dit.

Mark Van Landingham, chef de la division Materials Response and Design du U.S. Army Research Laboratory à Adelphi, Maryland., affirme qu'il y a eu beaucoup d'activités de recherche dans le domaine des nanocomposites polymères, mais ce nouveau travail offre une approche unique pour étudier les propriétés chimiques et physiques fondamentales de ces matériaux. "Il y a eu un mélange incroyable de recherches qui sont partout, " il dit :Certaines études ont trouvé des avantages significatifs de l'ajout de nanoparticules, tandis que d'autres ont trouvé peu d'amélioration. Donc, il ajoute, il y a beaucoup d'intérêt à comprendre les bases de la façon dont ces matériaux interagissent "d'une manière fondamentale et quantitative".

L'approche de l'équipe du MIT pourrait fournir une nouvelle méthode pour étudier comment les matériaux interagissent, Van Landingham dit, et potentiellement une nouvelle façon de fabriquer de tels composites. « Cela fournit des orientations supplémentaires » pour de futures recherches qui pourraient conduire à des applications utiles, il dit.