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Les capsules vues au microscope électronique à balayage mesurent 200 microns (photo a) ou 10 (b). On note que les plus petites sont les plus rondes. En c, vue des capsules déposées (au sein d'une résine) sur le conducteur en or, que l'on voit sur le schéma d (Au). Il est inclus entre un isolant (Dielectric et du verre (Glass. En e et f, microphotographie et schéma du principe : au niveau de la fissure, les capsules libèrent leur contenu de mélange de métal liquide conducteur (Ga-In). © Benjamin J. Blaiszik et al./Advanced Materials
Un appareil électronique ou une batterie peuvent cesser de fonctionner pour une minuscule rupture dans une connexion électrique, même si elle est à peine visible à l'œilœil nu. L'équipe de Jeffrey Moore, à l'université de l'Illinois, s'acharne depuis des années à trouver une solution élégante en utilisant des matériaux autocicatrisants. Ils ne sont pas les seuls à vouloir imiter cette merveilleuse fonction connue des animaux et des végétaux : la cicatrisation.
On peut même dire que le domaine passionne les scientifiques. En France, Ludwik Leibler, et son équipe du laboratoire MatièreMatière molle et chimiechimie (une unité commune au CNRS et à l'ESPCI, École supérieure de physiquephysique et de chimie industrielles, Paris), celle-là même qui vient d'inventer un extraordinaire matériau plastique déformable, avait présenté une sorte de caoutchouc capable de cicatriser. Les constructeurs de voituresvoitures sont intéressés par des peintures et des vernis antirayures et, en aéronautique, on cherche à lutter contre les criques.
Jeffrey Moore, lui, veut aussi restaurer la conduction électrique. Trop bête, vraiment, explique-t-il en substance, de voir un appareil électronique intégralement hors d'usage pour une misérable fissure. Premier essai en 2009 avec des microcapsules emplies de nanotubes de carbonenanotubes de carbone. Elles se brisent sous l'effet d'un choc, libérant les nanotubes, qui se répandent dans la fissure et, puisqu'ils conduisent l'électricité, rétablissent la conduction.
La méthode avait été démontrée entre deux fils séparés de 100 nanomètresnanomètres (pour simuler une rupture) mais elle présentait quelques difficultés, comme la taille des capsules, qui doivent être petites, et, qui plus est, précisément dimensionnées, entre 280 et 350 nm.
Une fissure dans un conducteur (en haut) et plus rien ne fonctionne. Mais la rupture a aussi brisé les capsules (en gris) incluses dans la résine adhérant au conducteur. Ces minuscules coquilles de polymère libèrent un métal liquide qui s'écoule dans la fissure et rétablit le contact. Et fiat lux (en bas). Meilleur temps chronométré : 20 microsecondes. Temps moyen observé au cours des essais : 160 microsecondes. © Benjamin J. Blaiszik et al./Advanced Materials
Réparation instantanée
L'équipe vient de récidiver avec une autre recette. Les capsules, faites d'un polymèrepolymère, sont plus grosses - de 10 et 200 micromètresmicromètres dans les tests - et elles ne contiennent pas de nanotubes de carbone mais une solution métallique liquideliquide composée de galliumgallium et d'indiumindium (un mélange liquide au-dessus de 16 °C). Cette fois, l'équipe a testé sa poudre sur un véritable conducteur, en or, soumis à une tension électrique et sur lequel ont été créées des fractures interrompant la connexion.
Résultat : ça marche ! La décoction de microcapsules incluses dans un matériaumatériau isolant (une résine époxyépoxy) adhérant au conducteur se comporte comme prévu. En se rompant au niveau des fissures, ces minuscules bonbonnes libèrent le métalmétal liquide qui se répand dans les fentes et rétablit le passage du courant, « à plus de 99 % » précise la publication dans la revue Advanced Materials. La réparation prend 160 microsecondes, notent les chercheurs, si bien qu'une cassure cicatrisée de cette manière n'aurait pas d'effet sur un appareil électronique, qui continuerait à fonctionner.
Les chercheurs ont testé l'effet de la taille et du nombre de microcapsules. La conclusion est que les petites donnent un meilleur résultat que les grosses. Les préparations utilisant des capsules de 10 micromètres rétablissent la circulation électrique dans la totalité des tests alors que le taux descend à 90 % des essais avec les capsules de 200 micromètres. Mais il suffit alors d'en mettre davantage dans la résine époxy pour améliorer la performance.
L'équipe continuera à explorer cette voie des microcapsules à métal liquide, explique-t-elle, avec en vue des applicationsapplications sur des systèmes sensibles, comme des batteries ou des dispositifs électroniques à embarquer dans des avions ou des engins spatiaux.
