(Phys.org)—Les scientifiques ont fabriqué un circuit électrique flexible qui, lorsqu'il est coupé en deux morceaux, peut se réparer et restaurer complètement sa conductivité d'origine. Le circuit est constitué d'un nouveau gel qui possède une combinaison de propriétés que l'on ne voit généralement pas ensemble :haute conductivité, la flexibilité, et auto-guérison à température ambiante. Le gel pourrait potentiellement offrir une auto-guérison pour une variété d'applications, y compris l'électronique flexible, robotique douce, peaux artificielles, prothèses biomimétiques, et des dispositifs de stockage d'énergie.

Les chercheurs, dirigé par Guihua Yu, professeur assistant à l'Université du Texas à Austin, ont publié un article sur le nouveau gel auto-cicatrisant dans un récent numéro de Lettres nano .

Les propriétés du nouveau gel découlent de sa composition hybride de deux gels :un gel supramoléculaire, ou "supergel", est injecté dans une matrice d'hydrogel polymère conducteur. Comme l'expliquent les chercheurs, cette stratégie « guest-to-host » permet de combiner les caractéristiques chimiques et physiques de chaque composant.

Le supergel, ou le "invité, " fournit la capacité d'auto-guérison en raison de sa chimie supramoléculaire. En tant qu'assemblage supramoléculaire, il se compose de grandes sous-unités moléculaires plutôt que de molécules individuelles. En raison de sa grande taille et de sa structure, l'assemblage est maintenu par des interactions beaucoup plus faibles que les molécules normales, et ces interactions peuvent également être réversibles. Cette réversibilité est ce qui donne au supergel sa capacité à agir comme une "colle dynamique" et à se réassembler.

Pendant ce temps, l'hydrogel polymère conducteur, ou l'"hôte, " contribue à la conductivité grâce à son réseau 3D nanostructuré qui favorise le transport des électrons. En tant que colonne vertébrale du gel hybride, le composant hydrogel renforce également sa résistance et son élasticité. Lorsque le supergel est injecté dans la matrice d'hydrogel, il s'enroule autour de l'hydrogel de manière à former un deuxième réseau, renforçant davantage le gel hybride dans son ensemble.

Dans leurs expériences, les chercheurs ont fabriqué des films minces du gel hybride sur des substrats en plastique souple pour tester leurs propriétés électriques. Les tests ont montré que la conductivité est parmi les valeurs les plus élevées des gels hybrides conducteurs, et est maintenu en raison de la propriété d'auto-guérison même après des flexions et des étirements répétés. Les chercheurs ont également démontré que, lorsqu'un circuit électrique constitué du gel hybride est coupé, il faut environ une minute pour que le circuit s'auto-cicatrise et retrouve sa conductivité d'origine. Le gel s'auto-cicatrise même après avoir été coupé plusieurs fois au même endroit.

Les chercheurs ont expliqué que le matériau conducteur auto-cicatrisant a une variété d'applications potentielles.

"Le gel conducteur auto-cicatrisant que nous avons développé peut être appliqué dans de nombreux domaines technologiques, de l'électronique flexible/extensible, peaux artificielles, dispositifs de stockage et de conversion d'énergie, aux dispositifs biomédicaux, " Yu a dit Phys.org . "Par exemple, le gel peut être potentiellement utilisé dans des biocapteurs implantables en tant qu'électrodes flexibles mais auto-cicatrisantes, assurer la pérennité de ces appareils. Et dans les appareils énergétiques, par exemple, le gel peut servir de liant pour les électrodes de batterie avancées dans les batteries Li-ion haute densité où les électrodes haute capacité peuvent subir des changements de volume substantiels.

Les chercheurs espèrent également que, en combinant la chimie supramoléculaire et les nanosciences des polymères, les gels hybrides résultants peuvent fournir une stratégie utile pour la conception de nouveaux matériaux auto-cicatrisants.

"Nous prévoyons d'étudier les mécanismes fondamentaux des propriétés d'auto-guérison des gels supramoléculaires et de mieux comprendre comment différents facteurs clés, tels que différents ions métalliques, les géométries des molécules, et les interactions entre la supramolécule et différents solvants, affecter les caractéristiques d'auto-guérison, " Yu a dit. " Une compréhension fondamentale plus profonde permettra de développer de meilleurs matériaux. Pendant ce temps, d'un point de vue plus "applications pratiques", certains efforts de recherche (avec nos collaborateurs) seront consacrés au développement de stratégies de synthèse évolutives de supramolécules et de gels hybrides auto-cicatrisants avec une résistance mécanique et une élasticité encore meilleures, pour les applications potentielles de ces gels auto-cicatrisants dans différents domaines technologiques."

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