Avez-vous déjà essayé de peindre sur du silicone? Après quelques heures, la peinture va s'écailler. Énervant. Le silicone est un polymère dit à faible énergie de surface, bien connu des formes de cuisson flexibles :Un matériau synthétique qui a une adhérence ou "collage" extrêmement faible. Le téflon est également non collant et bien connu des poêles à frire. Des chercheurs de l'Université de Kiel (Allemagne) ont aujourd'hui mis au point la première technologie capable de joindre ces deux matériaux « dissociables ». La technologie applique des linkers cristallins passifs à l'échelle nano comme agrafes internes. Les nano agrafes ouvrent des solutions à un grand nombre de défis techniques, par exemple en génie médical.

Les travaux menés au sein du Centre de recherche collaborative financé par la DFG 677 "Function by Switching" ont été publiés aujourd'hui dans la revue scientifique Matériaux avancés .

"Si les nano-agrafes font que même des polymères extrêmes comme le téflon et le silicone collent les uns aux autres, ils peuvent joindre toutes sortes d'autres matières plastiques", dit le professeur Rainer Adelung. Adelung dirige le groupe des nanomatériaux fonctionnels à l'Institut des sciences des matériaux de Kiel et dirige le projet de recherche du côté de la science des matériaux. La nouvelle technologie d'assemblage de matériaux sans modifications chimiques peut être utilisée, selon Adelung, dans une variété d'applications de la vie quotidienne et de haute technologie. La technique est facile à utiliser et ne nécessite pas d'équipement ou de matériel coûteux.

Les linkers sont des cristaux à l'échelle micro et nano faits d'oxyde de zinc. Ils ont la forme de tétrapodes, où quatre pattes dépassent du point d'origine. Les tétrapodes à grande échelle sont connus pour leur capacité à s'imbriquer et à former des liens solides, par exemple dans la protection côtière.

Au cours du processus d'adhésion, les cristaux d'oxyde de zinc sont saupoudrés uniformément sur une couche chauffée de téflon. Puis, une couche de silicone est versée sur le dessus. Afin de joindre les matériaux fermement, ils sont ensuite chauffés à 100°Celsius pendant moins d'une heure. "C'est comme agrafer deux matériaux non collants de l'intérieur avec les cristaux :lorsqu'ils sont chauffés, les nano tétrapodes entre les couches polymères percent les matériaux, s'enfoncer en eux, et s'ancrer", explique Xin Jin, le premier auteur de la publication, qui travaille actuellement sur sa thèse de doctorat. Son collègue et superviseur, Dr Yogendra Kumar Mishra, explique le principe de l'adhésif :« Si vous essayez de retirer un tétrapode sur un bras d'une couche de polymère, la forme du tétrapode entraînera simplement trois bras à s'enfoncer plus profondément et à s'accrocher encore plus fermement."

Dans les entreprises de haute technologie telles que l'ingénierie médicale, il existe une forte demande pour des moyens innovants de fabriquer des polymères, en particulier le silicone, s'en tenir à d'autres matériaux, par exemple pour développer davantage les masques respiratoires, implants ou capteurs. Les applications médicales nécessitent des matériaux absolument non nocifs, c'est-à-dire biocompatible. De nombreuses méthodes d'assemblage impliquent des réactions chimiques, ce qui peut modifier les propriétés des polymères et peut provoquer des effets nocifs voire toxiques sur les organismes. L'agrafage tétrapode, au contraire, est un processus purement mécanique. Par conséquent, l'équipe de Kiel suppose qu'il est biocompatible.

Avec les agrafes tétrapodes, les scientifiques ont atteint une adhérence - la soi-disant résistance au pelage - de 200 Newtons par mètre, qui est similaire à décoller du ruban adhésif du verre. "L'adhésivité que nous avons obtenue avec les nano tétrapodes est remarquable, car pour autant que nous puissions le vérifier, personne n'a jamais fait coller du silicone et du téflon l'un à l'autre", dit le co-auteur Lars Heepe, Doctorant de l'Institut zoologique de l'Université de Kiel, qui a mesuré avec précision l'adhérence et décrit à quoi ressemble le matériau agrafé à l'échelle microscopique. « Mesurer l'adhérence de manière quantitative n'est pas aussi simple qu'il n'y paraît, des expériences précises doivent être réalisées afin de prouver la fonction des linkers et d'écarter toute erreur", dit le professeur Stanislav Gorb, à la tête du groupe Morphologie Fonctionnelle et Biomécanique.