Le mot RIKEN est vu à travers le matériau dans l'orthogonal (i) et parallèle (ii, iii) les directions vers le plan TiNS orienté magnétiquement.
Dans une première réalisation mondiale, des scientifiques du RIKEN Center for Emergent Matter Science au Japon, avec des collègues de l'Institut national des sciences des matériaux et de l'Université de Tokyo, ont développé un nouvel hydrogel dont les propriétés sont dominées par la répulsion électrostatique, plutôt que des interactions attrayantes.
Selon Yasuhiro Ishida, responsable de l'équipe de recherche Emergent Bioinspired Soft Matter, le travail est parti d'une découverte subreptice, que lorsque des nanofeuillets de titanate sont mis en suspension dans une dispersion colloïdale aqueuse, ils s'alignent face à face dans un plan lorsqu'ils sont soumis à un fort champ magnétique. Le champ maximise la répulsion électrostatique entre eux et les attire dans une structure quasi cristalline. Ils s'orientent naturellement face à face, séparés par les forces électrostatiques entre eux.
Pour créer le nouveau matériau, les chercheurs ont utilisé la méthode nouvellement découverte pour disposer les couches des feuilles dans un plan, et une fois les feuilles alignées dans le plan, a fixé l'ordre structurel induit magnétiquement en transformant la dispersion en un hydrogel à l'aide d'une procédure appelée polymérisation vinylique in-situ déclenchée par la lumière. Essentiellement, des impulsions lumineuses sont utilisées pour figer la solution aqueuse en un hydrogel, pour que les draps ne puissent plus bouger.
En faisant cela, ils ont créé un matériau dont les propriétés sont dominées par la répulsion électrostatique, la même force qui fait que nos cheveux se dressent lorsque nous touchons un générateur de fourgon.
Jusqu'à maintenant, les matériaux synthétiques n'ont pas profité de ce phénomène, mais la nature a. Le cartilage doit sa capacité à permettre un mouvement mécanique pratiquement sans friction dans les articulations, même sous haute compression, aux forces électrostatiques à l'intérieur. Les forces électrostatiques répulsives sont utilisées à divers endroits, tels que les trains maglev, suspensions de véhicules et roulements sans contact, mais jusqu'à maintenant, la conception des matériaux s'est concentrée massivement sur des interactions attrayantes.
Sur un oscillateur mécanique, une platine en verre comportant une sphère métallique sur un té était soutenue par trois piliers cylindriques d'hydrogel à structure magnétique contenant des TiNS orientés cofacialement (0,8% en poids) dans une direction parallèle (g) ou orthogonale (h) à la section transversale du cylindre.
Le nouveau matériau résultant, qui contient le premier exemple de structures inorganiques chargées qui s'alignent cofacialement dans un flux magnétique, possède des propriétés intéressantes. Il se déforme facilement lorsque des forces de cisaillement sont appliquées parallèlement aux nano-feuilles intégrées, mais résiste fortement aux forces de compression appliquées orthogonalement.
Selon Ishida, "Ce fut une découverte surprenante, mais dont la nature s'est déjà servie. Nous prévoyons que le concept d'intégration d'électrostatique répulsive anisotrope dans un matériau composite, basé sur l'inspiration du cartilage articulaire, ouvrira de nouvelles possibilités pour développer des matériaux souples aux fonctions inhabituelles. Des matériaux de ce type pourraient être utilisés à l'avenir dans divers domaines, de la médecine régénérative à l'ingénierie mécanique précise, en permettant la création de cartilage artificiel, matériaux antivibratoires et autres matériaux qui nécessitent une résistance à la déformation dans un plan."
Des feuilles à orientation cofaciale dans un flux magnétique 10-T ont été immobilisées spatialement avec une polymérisation de réticulation photo-induite médiée par TiNS.
