Alors que beaucoup de matériaux absorbants perdent leur faculté de retenir l’eau à mesure que la température augmente, les ingénieurs du MIT ont découvert un matériau qui résiste à cette règle. Le polyéthylène glycol (PEG), un matériau hydrogel couramment utilisé dans les produits cosmétiques ou les revêtements industriels, parvient à absorber l’humidité de l’atmosphère même lorsque les températures grimpent.
Les ingénieurs du MIT ont constaté que le PEG double son absorption d’eau lorsque la température passe de 25 à 50°C. Ceci s’explique par une transformation déclenchée par la chaleur. La microstructure de l’hydrogel passe en effet d’une phase cristalline à une phase « amorphe », moins structurée, ce qui renforce sa capacité à capturer l’eau.
Potentialités d’utilisation
Grâce à ces particularités, les chercheurs ont élaboré un modèle capable de guider la création d’autres matériaux absorbants résistant à la chaleur. Ils imaginent que ces derniers pourraient être utilisés pour récolter l’humidité de l’air et produire de l’eau potable, notamment dans les régions désertiques.
Les matériaux pourraient également être intégrés dans des pompes à chaleur et des climatiseurs pour réguler plus efficacement la température et l’humidité.
Nouvelle voie de recherche
Les chercheurs ont trouvé que le PEG a un point de fusion naturellement situé autour de 50°C. A cette température, sa structure microscopique, normalement cristalline, se décompose entièrement et se transforme en une phase amorphe.
Cette transformation offre plus d’opportunités pour que les polymères présents dans le matériau capturent les molécules d’eau en mouvement rapide.
« D’autres polymères pourraient en théorie présenter ce même comportement, si nous parvenons à modifier leurs points de fusion dans une plage de température donnée« , explique Shaoting Lin, membre de l’équipe.
Maintenant que le groupe a élaboré une théorie, il prévoit de l’utiliser comme modèle pour concevoir des matériaux spécifiquement destinés à capturer l’eau à des températures plus élevées.
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« Nous voulons personnaliser notre conception pour nous assurer qu’un matériau peut absorber une quantité relativement importante d’eau, à faible humidité et à haute température« , explique M. Liu. « Il pourrait alors être utilisé pour la collecte de l’eau atmosphérique, afin d’apporter de l’eau potable aux personnes vivant dans des environnements chauds et arides.«
En synthèse
La découverte du comportement unique du PEG ouvre de nouvelles perspectives quant à l’utilisation des hydrogels et à l’ingénierie des matériaux absorbants. Les prochaines étapes prévues par les chercheurs consistent à utiliser leur nouvelle théorie comme plan pour concevoir des matériaux spécifiquement destinés à la capture d’eau dans des conditions de haute température.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la phase de transformation ?
La phase de transformation est un processus lors duquel un matériau change de structure, ce qui affecte souvent ses caractéristiques physiques et chimiques. En l’occurrence, la transformation au sein du PEG permet à ce matériau d’accroître sa capacité d’absorption d’eau.
Quand la phase de transformation se produit-elle au sein du PEG ?
La transformation cristal-amorphe se produit lorsque le PEG atteint une température de 50 degrés Celsius, ce qui est son point de fusion. Durant cette phase de transition, le matériau offre davantage sites d’attraction pour l’eau, ce qui améliore sa faculté d’absorption.
Quelles sont les applications potentielles pour le PEG ?
Généralement utilisé dans les produits cosmétiques, les revêtements industriels et les capsules pharmaceutiques, le PEG offre de nouvelles perspectives. Sa capacité à absorber l’humidité à des températures élevées pourrait être exploitée pour produire de l’eau potable dans des les régions arides. De plus, les matériaux pourraient être utilisés dans les systèmes de chauffage et de climatisation pour réguler la température et le taux d’humidité.
Cette recherche a été soutenue en partie par l’Office of Energy Efficiency and Renewable Energy du ministère américain de l’énergie.
Les ingénieurs du MIT ont découvert qu’un hydrogel commun possède des capacités uniques de super-absorption. Même lorsque les températures grimpent, le matériau transparent continue d’absorber l’humidité et pourrait servir à récupérer l’eau dans les régions désertiques et à réguler passivement l’humidité dans les climats tropicaux. Image: Felice Frankel
