Inspirés par les êtres vivants, des arbres aux crustacés, des chercheurs de l’Université du Texas à Austin ont entrepris de créer un plastique semblable à de nombreuses formes de vie, dur et rigide à certains endroits et souple et extensible à d’autres. Leur succès – une première, utilisant uniquement la lumière et un catalyseur pour modifier des propriétés telles que la dureté et l’élasticité de molécules du même type – a donné naissance à un nouveau matériau qui est 10 fois plus résistant que le caoutchouc naturel et pourrait conduire à des électronique et robotique.
Les résultats sont publiés aujourd’hui dans la revue La science.
« Il s’agit du premier matériau de ce type », a déclaré Zachariah Page, professeur adjoint de chimie et auteur correspondant de l’article. « La capacité de contrôler la cristallisation, et donc les propriétés physiques du matériau, avec l’application de la lumière est potentiellement transformatrice pour l’électronique portable ou les actionneurs en robotique douce. »
Les scientifiques ont longtemps cherché à imiter les propriétés des structures vivantes, comme la peau et les muscles, avec des matériaux synthétiques. Dans les organismes vivants, les structures combinent souvent des attributs tels que la force et la flexibilité avec aisance. Lors de l’utilisation d’un mélange de différents matériaux synthétiques pour imiter ces attributs, les matériaux échouent souvent, se désagrègent et se déchirent aux jonctions entre différents matériaux.
Souvent, lors du rapprochement de matériaux, en particulier s’ils ont des propriétés mécaniques très différentes, ils veulent se séparer », a déclaré Page. Page et son équipe ont pu contrôler et modifier la structure d’un matériau de type plastique, en utilisant la lumière pour modifier la façon dont ferme ou extensible, le matériau serait.
Les chimistes ont commencé avec un monomère, une petite molécule qui se lie à d’autres semblables pour former les éléments constitutifs de structures plus grandes appelées polymères similaires au polymère présent dans le plastique le plus couramment utilisé. Après avoir testé une douzaine de catalyseurs, ils en ont trouvé un qui, ajouté à leur monomère et exposé à la lumière visible, a donné un polymère semi-cristallin similaire à ceux trouvés dans le caoutchouc synthétique existant. Un matériau plus dur et plus rigide s’est formé dans les zones touchées par la lumière, tandis que les zones non éclairées ont conservé leurs propriétés douces et extensibles.
Étant donné que la substance est constituée d’un matériau aux propriétés différentes, elle était plus résistante et pouvait être étirée plus loin que la plupart des matériaux mixtes.
La réaction a lieu à température ambiante, le monomère et le catalyseur sont disponibles dans le commerce et les chercheurs ont utilisé des LED bleues peu coûteuses comme source de lumière dans l’expérience. La réaction prend également moins d’une heure et minimise l’utilisation de tout déchet dangereux, ce qui rend le processus rapide, peu coûteux, économe en énergie et respectueux de l’environnement.
Les chercheurs chercheront ensuite à développer davantage d’objets avec le matériau pour continuer à tester son utilisabilité.
« Nous sommes impatients d’explorer les méthodes d’application de cette chimie à la fabrication d’objets 3D contenant à la fois des composants durs et mous », a déclaré le premier auteur Adrian Rylski, doctorant à l’UT Austin.
L’équipe envisage que le matériau pourrait être utilisé comme base flexible pour ancrer des composants électroniques dans des dispositifs médicaux ou des technologies portables. En robotique, des matériaux solides et flexibles sont souhaitables pour améliorer le mouvement et la durabilité.
Henry L. Cater, Keldy S. Mason, Marshall J. Allen, Anthony J. Arrowood, Benny D. Freeman et Gabriel E. Sanoja de l’Université du Texas à Austin ont également contribué à la recherche.
La recherche a été financée par la National Science Foundation, le US Department of Energy et la Robert A. Welch Foundation.
