(PhysOrg.com) -- Dans le monde ultra petit des nanostructures, une équipe de scientifiques et d'ingénieurs en polymères de l'Université du Massachusetts à Amherst a découvert comment effectuer des réparations à l'échelle nanométrique sur une surface endommagée équivalente à un remplissage localisé d'une aile de voiture rayée plutôt que de refaire la surface de la pièce entière. Le travail s'appuie sur une prédiction théorique de l'ingénieur chimiste et co-auteur Anna Balazs à l'Université de Pittsburgh.

Leur découverte est rapportée cette semaine dans le numéro actuel de Nature Nanotechnologie . La nouvelle technique a de nombreuses implications pratiques, en particulier que la réparation d'une surface endommagée avec cette méthode nécessiterait des quantités de matériau beaucoup plus faibles, évitant d'avoir à enduire des surfaces entières lorsque seule une infime fraction est fissurée, dit Todd Emrick, chef d'équipe et scientifique des polymères d'UMass Amherst.

« Ceci est particulièrement important car même de petites fractures peuvent alors entraîner une défaillance structurelle, mais notre technique offre une réparation solide et efficace. La nécessité d'une réparation rapide, des mécanismes de revêtement et de réparation efficaces sont omniprésents aujourd'hui dans tout, des ailes d'avion aux matériaux microélectroniques en passant par les dispositifs d'implants biologiques, " il ajoute.

A l'échelle nanométrique, les zones endommagées possèdent généralement des caractéristiques tout à fait distinctes de leur surface environnante non endommagée, y compris la topographie différente, caractéristiques de mouillage, rugosité et même fonctionnalité chimique, Emrick explique. Il ajoute, "Anna Balazs a prédit, en utilisant la simulation informatique, que si les nanoparticules étaient contenues dans un certain type de microcapsule, ils sonderaient une surface et libéreraient des nanoparticules dans certaines régions spécifiques de cette surface, " permettant efficacement une réparation ponctuelle.

Cette vision de capsules sondant et libérant leur contenu de manière intelligente, mode déclenchée, connu sous le nom de "réparer et partir, " est caractéristique du processus biologique, comme dans les globules blancs, Emrick ajoute.

Il dit que le travail expérimental pour soutenir le concept nécessitait un aperçu de la chimie, aspects physiques et mécaniques de l'encapsulation et de la libération contrôlée des matériaux, et a été réalisé grâce à la collaboration entre trois laboratoires de matériaux polymères à UMass Amherst, dirigé par Alfred Crosby, Thomas Russell et lui-même.

Les chercheurs montrent comment l'utilisation d'un tensioactif polymère stabilise les gouttelettes d'huile dans l'eau (en gouttelettes d'émulsion ou en capsules), encapsuler efficacement des nanoparticules, mais d'une manière où ils peuvent être libérés quand on le souhaite, car la paroi de la capsule est très mince.

« Nous avons ensuite constaté que les capsules contenant des nanoparticules roulent ou glissent sur des substrats endommagés, et déposent très sélectivement leur contenu en nanoparticules dans les régions endommagées (craquées). Parce que les nanoparticules que nous utilisons sont fluorescentes, leur localisation dans les régions fissurées est clairement évidente, tout comme la sélectivité de leur localisation."

En utilisant un dépôt rapide et sélectif de matériau de capteur dans les régions endommagées, leur travail innovant fournit également une méthode précise pour détecter les substrats endommagés, insiste-t-il. Finalement, les nouvelles techniques d'encapsulation permettent la livraison d'objets hydrophobes dans un système à base d'eau, excluant en outre le besoin de solvants organiques dans les processus industriels qui sont désavantageux d'un point de vue environnemental.

Emrick dit, "Ayant réalisé le concept expérimentalement, dans l'avenir, nous espérons maintenant démontrer la récupération des propriétés mécaniques des objets revêtus en ajustant la composition des nanoparticules livrées. »