Des chercheurs de l'UT Dallas ont créé de nouvelles structures qui exploitent les propriétés électromécaniques de nanofibres spécifiques pour s'étirer jusqu'à sept fois leur longueur, tout en restant plus résistant que le Kevlar.

Ces structures absorbent jusqu'à 98 joules par gramme. Kevlar, souvent utilisé pour fabriquer des gilets pare-balles, peut absorber jusqu'à 80 joules par gramme. Les chercheurs espèrent que les structures formeront un jour un matériau capable de se renforcer aux points de contrainte élevée et pourraient potentiellement être utilisés dans des avions militaires ou d'autres applications de défense.

Dans une étude publiée par Matériaux et interfaces appliqués ACS , un journal de l'American Chemical Society, les chercheurs ont tordu la nanofibre en fils et en bobines. L'électricité générée en étirant la nanofibre torsadée a formé une attraction 10 fois plus forte qu'une liaison hydrogène, qui est considérée comme l'une des forces les plus fortes formées entre les molécules.

Les chercheurs ont cherché à imiter leurs travaux antérieurs sur l'action piézoélectrique (comment la pression forme des charges électriques) des fibres de collagène trouvées à l'intérieur de l'os dans l'espoir de créer des matériaux haute performance qui peuvent se renforcer, a déclaré le Dr Majid Minary, professeur adjoint de génie mécanique à l'École d'ingénierie et d'informatique Erik Jonsson de l'Université et auteur principal de l'étude.

"Nous avons reproduit ce processus dans des nanofibres en manipulant la création de charges électriques pour aboutir à un poids léger, souple, matériau pourtant solide, " dit Minary, qui est également membre du Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute. "Notre pays a besoin de tels matériaux à grande échelle pour des applications industrielles et de défense."

Pour leur expérience, les chercheurs ont d'abord filé des nanofibres à partir d'un matériau appelé fluorure de polyvinylidène (PVDF) et de son copolymère, polyfluorure de vinylidène trifluoroéthylène (PVDF-TrFE).

Les chercheurs ont ensuite torsadé les fibres en fils, puis a continué à tordre le matériau en bobines.

"C'est littéralement tordu, le même processus de base utilisé dans la fabrication de câbles conventionnels, " dit Minary.

Les chercheurs ont ensuite mesuré les propriétés mécaniques du fil et des bobines, telles que la distance à laquelle il peut s'étirer et la quantité d'énergie qu'il peut absorber avant la défaillance.

"Notre expérience est la preuve du concept que nos structures peuvent absorber plus d'énergie avant défaillance que les matériaux classiquement utilisés dans les blindages pare-balles, " Minary a dit. " Nous croyons, modelé sur l'os humain, que cette flexibilité et cette résistance proviennent de l'électricité qui se produit lorsque ces nanofibres sont tordues."

La prochaine étape de la recherche consiste à fabriquer des structures plus grandes à partir de fils et de bobines, dit Minary.