Une équipe internationale de chercheurs a mis au point une technique qui utilise du métal liquide pour créer un matériau élastique imperméable aux gaz et aux liquides. Les applications du matériau incluent l’utilisation comme emballage pour les technologies de grande valeur qui nécessitent une protection contre les gaz, telles que les batteries flexibles.
« Il s’agit d’une étape importante car il existe depuis longtemps un compromis entre l’élasticité et l’étanchéité aux gaz », déclare Michael Dickey, co-auteur correspondant d’un article sur les travaux et professeur Camille & Henry Dreyfus de génie chimique et biomoléculaire. à l’Université d’État de Caroline du Nord.
« Fondamentalement, les choses qui empêchaient les gaz d’entrer avaient tendance à être dures et rigides. Et les choses qui offraient de l’élasticité permettaient aux gaz de s’infiltrer. Nous avons trouvé quelque chose qui offre l’élasticité souhaitée tout en empêchant les gaz d’entrer.
La nouvelle technique utilise un alliage eutectique de gallium et d’indium (EGaIn). Eutectique signifie que l’alliage a un point de fusion inférieur à celui de ses composants. Dans ce cas, l’EGaIn est liquide à température ambiante. Les chercheurs ont créé un film mince d’EGaIn et l’ont enfermé dans un polymère élastique. La surface intérieure du polymère était parsemée de microbilles de verre, ce qui empêchait le film liquide d’EGaIn de s’accumuler. Le résultat final est essentiellement un sac ou une gaine élastique doublé de métal liquide, qui ne permet pas l’entrée ou la sortie de gaz ou de liquides.
Les chercheurs ont testé l’efficacité du nouveau matériau en évaluant dans quelle mesure il permettait au contenu liquide de s’évaporer, ainsi que dans quelle mesure il permettait à l’oxygène de s’échapper d’un récipient scellé fait de ce matériau.
« Nous avons constaté qu’il n’y avait aucune perte mesurable de liquide ou d’oxygène pour le nouveau matériau », déclare Tao Deng, auteur co-correspondant et professeur titulaire de la chaire Zhi Yuan à l’Université Jiao Tong de Shanghai.
Les chercheurs sont également conscients des coûts associés à la fabrication du nouveau matériau.
« Les métaux liquides eux-mêmes sont assez chers », dit Deng. « Cependant, nous sommes optimistes que nous pouvons optimiser la technique – par exemple, rendre le film EGaIn plus mince – afin de réduire le coût. Pour le moment, un seul paquet coûterait quelques dollars, mais nous n’avons pas essayé pour optimiser les coûts afin qu’il y ait une voie à suivre pour réduire les coûts. »
Les chercheurs explorent actuellement des options de test pour déterminer si le matériau est en fait une barrière encore plus efficace que ce qu’ils ont pu montrer jusqu’à présent.
« Fondamentalement, nous avons atteint la limite de l’équipement de test dont nous disposions », explique Dickey.
« Nous recherchons également des partenaires industriels pour explorer les applications potentielles de ce travail. Les batteries flexibles à utiliser avec l’électronique douce sont une application évidente, mais d’autres appareils qui utilisent des liquides ou sont sensibles à l’oxygène bénéficieront de cette technologie. »
Le travail a été réalisé avec le soutien de la National Science Foundation, dans le cadre des subventions EEC-1160483 et CMMI-2032415 ; la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, dans le cadre des subventions 51873105 et 51973109 ; le programme d’innovation de la Commission municipale de l’éducation de Shanghai, dans le cadre de la subvention 2019-01-07-00-02-E00069 ; le fonds Zhi-Yuan Endowed de l’Université Jiao Tong de Shanghai ; et bourses d’études à l’étranger de l’Université Jiao Tong de Shanghai.
