Des scientifiques ont inventé un nouveau matériau étrange qui devient plus dur lorsqu’on le frappe

Grâce à de nouvelles recherches menées par une équipe de l’université de Californie à Merced, les vêtements et les capteurs électroniques pourraient un jour être fabriqués à partir d’un matériau qui se durcit en fonction des chocs et des étirements qu’il subit.

Le matériau nouvellement développé. (Yue Wang)

Cette “durabilité adaptative”, comme on l’appelle, est une caractéristique importante en termes de science des matériaux. Elle se traduit par une protection contre les dommages et une résistance aux contraintes, même dans des environnements difficiles.

Le nouveau matériau s’inspire en fait de l’amidon de maïs utilisé en cuisine, qui peut être remué lorsqu’on y ajoute de l’eau. Contrairement au sable mouillé, qui présente une viscosité constante, qu’il soit mélangé ou poinçonné, la bouillie d’amidon de maïs se comporte comme un liquide lorsqu’on la remue doucement et comme un solide lorsqu’on la poinçonne rapidement.

Lorsque vous écrasez la fécule de maïs lentement, les minuscules particules se repoussent les unes les autres, ce qui les fait agir comme un fluide. En revanche, si vous frappez la surface rapidement, elles se touchent, ce qui provoque un frottement et les fait agir comme un solide. Cette différence de comportement est due à la taille des particules.

Les chercheurs ont voulu voir s’ils pouvaient obtenir les mêmes résultats avec un matériau polymère.

Pour y parvenir, l’équipe a commencé par utiliser des polymères conjugués : des polymères dotés de propriétés spéciales qui permettent aux matériaux de conduire l’électricité tout en restant relativement souples et flexibles. Ces matériaux peuvent être fabriqués à partir de toutes sortes de combinaisons de molécules.

Dans le cas présent, ils ont incorporé de longues molécules de poly(2-acrylamido-2-méthylpropanesulfonique), de courtes molécules de polyaniline et un conducteur très efficace, le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) polystyrène sulfonate (PEDOT:PSS). Ne vous inquiétez pas si ces noms ne vous sont pas familiers : tout ce qu’il faut savoir, c’est que cette combinaison a permis de créer un film qui se déforme ou s’étire lorsqu’il est soumis à des chocs rapides.

Plus les impacts étaient rapides, plus le matériau devenait résistant. L’ajout de 10 % de PEDOT:PSS a ensuite permis d’améliorer la durabilité adaptative et la conductivité du matériau.

Selon les chercheurs, leur choix de deux polymères chargés positivement et de deux polymères chargés négativement crée un matériau avec des structures super petites, comme des boulettes de viande miniatures dans un bol de spaghettis enchevêtrés. Ces “boulettes” absorbent le choc des impacts sans se briser complètement, ce qui permet au matériau et à sa conductivité de rester en place.

D’autres expériences suggèrent que l’ajout de nanoparticules de 1,3-propanediamine chargées positivement améliore encore la résistance, en affaiblissant légèrement les “boulettes de viande” (pour que le matériau puisse encaisser des chocs plus importants) tout en renforçant les “ficelles de spaghetti” qui les entourent (pour maintenir l’intégrité du matériau).

Tout cela est assez complexe et technique, mais le matériau devrait trouver des applications en dehors du laboratoire, s’il peut être fabriqué à grande échelle. Les bracelets de montre intelligente, les capteurs portables et les moniteurs de santé – pour la santé cardiovasculaire ou les niveaux de glucose, par exemple – sont autant d’exemples avancés par l’équipe de recherche.

Les prothèses électroniques personnalisées constituent un autre cas d’utilisation potentiel, que les chercheurs ont déjà expérimenté. À terme, des membres artificiels pourraient être imprimés en 3D à partir de ce matériau polyvalent.

Il s’agit d’un autre rappel du potentiel de découverte de nouveaux matériaux et d’amélioration des matériaux existants, et de la façon dont ils pourraient changer notre avenir – des appareils que nous utilisons aux vêtements que nous portons.

“Les applications potentielles sont nombreuses et nous sommes impatients de voir où cette nouvelle propriété non conventionnelle nous mènera”, déclare Yue Wang, spécialiste des matériaux.

La recherche a été présentée à la réunion du printemps 2024 de l’American Chemical Society.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche