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Synthétiser de nouveaux matériaux fait partie du quotidien des chercheurs du laboratoire de génie chimique de Stanford (États-Unis). Synthétiser, c'est bien, mais caractériser, c'est encore mieux. Ainsi, après avoir synthétisé récemment un nouvel élastomère (ces polymères qui présentent des propriétés élastiques), une équipe du laboratoire a tout naturellement cherché à tester son élasticité. La responsable de l'établissement a eu bien du mal à croire au résultat obtenu.
Traditionnellement, ce type de matériaux peut être étiré jusqu'à deux à trois fois sa longueur initiale avant de rompre. Pour mesurer le point de rupture de leurs matériaux, les chercheurs de Stanford utilisent une machine capable de les étirer jusqu'à 45 pouces (soit quelque 114 centimètres). 45 pouces, c'est en principe largement suffisant pour tester un échantillon d'une longueur de 1 pouce (ou quelque 2,5 centimètres) seulement. Alors imaginez la surprise de l'équipe en constatant que le nouveau matériau résistait toujours.
Pour être certains du résultat, ils ont été contraints de passer à un test manuel et d'étirer leur échantillon jusqu'à plus de... 100 pouces (environ 254 centimètres) avant que celui-ci ne rompe !
Des chercheurs de Stanford ont mis au point un matériau qui peut être étiré jusqu’à 100 fois sa longueur initiale et qui présente des propriétés autocicatrisantes incroyables. © Stanford Chemical Engineering Lab
Des muscles artificiels à base d’élastomère
Cette propriété étonnante a immédiatement attiré l'attention d'experts des muscles artificiels. En effet, en plus de son incroyable élasticité, ce nouveau matériau a été conçu pour être remarquablement autocicatrisant à température ambiante, même si les dommages ont été causés plusieurs jours plus tôt. Tout comme un véritable muscle. De plus, exposé à un champ électrique, cet élastomère peut se contracter et se dilater... Tout comme un véritable muscle !
De quoi également faire de ce nouveau matériau un bon candidat pour le développement de peaux artificielles qui permettraient aux porteurs de prothèsesprothèses de retrouver des sensations et de faire, par exemple, la différence entre une poignée de main et la caresse d'un papillon. Avant cela, cet élastomère à la fois solidesolide, souple et électroniquement actif pourrait être utile à la mise en œuvre de produits électroniques portables ou d'implantsimplants médicaux à longue duréedurée de vie.
Des propriétés incroyables grâce à la réticulation
Dans un article paru dans les colonnes de Nature Chemistry, les chercheurs de Stanford dévoilent leurs secrets de fabrication. Selon eux, ce nouveau matériau tire ses propriétés exceptionnelles de la mise en œuvre d'un procédé chimique connu sous le nom de « réticulationréticulation ». Pour faire simple, ce procédé consiste à relier des chaînes linéaires de moléculesmolécules pour former un ou plusieurs réseaux tridimensionnels.
Dans une première étape, l'équipe a donc construit des molécules organiques un peu particulières, capables de se lier à des brins de polymères assez courts. Résultat : une série de structures qualifiées de « ligandsligands » car elles sont alors à même de se lier les unes aux autres, de manière réversibleréversible, pour former des chaînes plus longues.
Dans un second temps, l'équipe a ajouté à cette base, des ionsions métalliques présentant une affinité chimique avec les ligands. Dans le processus, chaque ion métallique se lie naturellement à au moins deux ligands. De quoi renforcer les propriétés élastiques et autocicatrisantes du matériau. Lorsque l'on tire sur ce matériau, les nœudsnœuds chimiques se relâchent et les ligands se délient. Lorsqu'on lâche le matériau, l'affinité entre les ions métalliques et les ligands permet de reformer la structure initiale.
L'équipe a également établi qu'il était possible de jouer sur les propriétés de ce nouvel élastomère en faisant varier la quantité et la nature des ions métalliques utilisés. Dans l'étude qu'ils ont présentée, par exemple, ils ont eu recours à des ion ferfer - Fe(III) - en concentration raisonnable par rapport à celle des polymères et des molécules organiques.
