Les ingénieurs de l'Université Duke superposent des réseaux de carbone d'épaisseur atomique avec des polymères pour créer des matériaux uniques avec une large gamme d'applications, y compris les muscles artificiels.

Le treillis, connu sous le nom de graphène, est fait de carbone pur et apparaît sous grossissement comme du grillage. En raison de son optique unique, propriétés électriques et mécaniques, le graphène est utilisé en électronique, stockage d'Energie, matériaux composites et biomédecine.

Cependant, le graphène est extrêmement difficile à manipuler car il se « froisse » facilement. Malheureusement, les scientifiques ont été incapables de contrôler le froissement et le déploiement du graphène à grande surface pour tirer parti de ses propriétés.

Duc ingénieur Xuanhe Zhao, professeur assistant à la Duke's Pratt School of Engineering, compare le défi de contrôler le graphène à la différence entre le dépliage du papier et le tissu humide.

"Si vous froissez du papier normal, vous pouvez assez facilement l'aplatir, " dit Zhao. " Cependant, le graphène ressemble plus à du papier de soie humide. Il est extrêmement fin et collant et difficile à déplier une fois froissé. Nous avons développé une méthode pour résoudre ce problème et contrôler le froissement et le dépliage des films de graphène à grande surface."

Les ingénieurs de Duke ont attaché le graphène à un film de caoutchouc qui avait été pré-étiré à plusieurs fois sa taille d'origine. Une fois le film de caoutchouc détendu, des parties du graphène se sont détachées du caoutchouc tandis que d'autres parties continuaient à y adhérer, formant un motif attaché-détaché avec une taille de caractéristique de quelques nanomètres. Alors que le caoutchouc se détendait, le graphène détaché a été comprimé pour se froisser. Mais comme le film de caoutchouc était étiré, les taches de graphène collées ont tiré sur les zones froissées pour déplier la feuille.

"De cette façon, le froissement et le dépliage de grandes surfaces, le graphène d'épaisseur atomique peut être contrôlé en étirant et en relaxant simplement un film de caoutchouc, même à la main, " dit Zhao.

Les résultats ont été publiés en ligne dans la revue Matériaux naturels .

"Notre approche a ouvert des voies pour exploiter des propriétés et des fonctions sans précédent du graphène, " dit Jianfeng Zang, un boursier postdoctoral dans le groupe de Zhao et le premier auteur de l'article. "Par exemple, nous pouvons faire passer le graphène d'être transparent à opaque en le froissant, et réajustez-le en le dépliant."

En outre, les ingénieurs de Duke ont superposé le graphène avec différents films polymères pour créer un matériau « doux » qui peut agir comme des tissus musculaires en se contractant et en se dilatant à la demande. Lorsque l'électricité est appliquée au graphène, le muscle artificiel se dilate en surface; quand l'électricité est coupée, ça détend. La variation de la tension contrôle le degré de contraction et de relaxation.

« Le froissement et le dépliage du graphène permet une grande déformation du muscle artificiel, " dit Zang.

"Les nouveaux muscles artificiels permettent diverses technologies allant de la robotique et de l'administration de médicaments à la récupération et au stockage d'énergie, " dit Zhao. " En particulier, ils promettent d'améliorer considérablement la qualité de vie de millions de personnes handicapées en fournissant des appareils abordables tels que des prothèses légères et des écrans braille pleine page. »