Les chercheurs ont développé un nouveau matériau souple et flexible qui présente une durabilité adaptative, devenant plus résistant lorsqu’il est soumis à des chocs ou à des étirements. Le matériau conducteur d’électricité ouvre la voie à une nouvelle génération de dispositifs portables et de capteurs médicaux personnalisés.
Une inspiration culinaire pour un matériau innovant
L’inspiration pour ce nouveau matériau provient d’un mélange couramment utilisé en cuisine : une bouillie de fécule de maïs. Yue (Jessica) Wang, scientifique des matériaux et chercheuse principale du projet, explique :
« Quand je remue lentement la fécule de maïs et l’eau, la cuillère se déplace facilement. Mais si je soulève la cuillère et que je poignarde le mélange, la cuillère ne rentre pas. C’est comme si je poignardais une surface dure. »
Cette bouillie, qui aide à épaissir les ragoûts et les sauces, présente une durabilité adaptative, passant de malléable à résistante en fonction de la force appliquée. L’équipe de Wang s’est efforcée d’imiter cette propriété dans un matériau conducteur solide.
Un mélange de polymères conjugués pour une durabilité adaptative
De nombreux matériaux conducteurs d’électricité, comme les métaux, sont durs, rigides ou cassants. Les chercheurs ont toutefois développé des moyens de créer des versions souples et flexibles en utilisant des polymères conjugués – de longues molécules semblables à des spaghettis qui sont conductrices.
L’équipe de Wang à l’Université de Californie, Merced, a sélectionné la bonne combinaison de polymères conjugués pour créer un matériau durable imitant le comportement adaptatif des particules de fécule de maïs dans l’eau. Ils ont constaté qu’au lieu de se briser sous l’effet de chocs très rapides, le matériau se déformait ou s’étirait. Plus l’impact était rapide, plus le film devenait étirable et résistant.
Des additifs pour renforcer la durabilité adaptative
Di Wu, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Wang, a étudié comment l’ajout de petites molécules pouvait créer un matériau composite encore plus résistant lorsqu’il est étiré ou lâché rapidement. Les résultats préliminaires ont indiqué que les nanoparticules chargées positivement à base de 1,3-propanediamine étaient le meilleur additif, conférant la plus grande fonctionnalité adaptative.
Wu explique que cet additif a affaibli les interactions des polymères qui forment les «boulettes de viande», les rendant plus faciles à séparer et à déformer lorsqu’ils sont frappés, et a renforcé les “ficelles de spaghettis” étroitement enchevêtrées.
Des applications dans les dispositifs portables et les capteurs
À l’avenir, l’équipe de Wang se concentrera sur la démonstration de l’applicabilité de leur matériau conducteur léger. Les possibilités incluent des dispositifs portables souples, tels que des bandes intégrées et des capteurs dorsaux pour les montres intelligentes, ainsi que des appareils électroniques flexibles pour la surveillance de la santé, tels que des capteurs cardiovasculaires ou des moniteurs de glycémie en continu.
La durabilité adaptative du matériau signifie que les futurs dispositifs de biocapteurs pourraient être suffisamment flexibles pour les mouvements humains réguliers, tout en résistant aux dommages en cas de choc ou de coup accidentel. Yue (Jessica) Wang pense que la nouvelle version composite devrait également être compatible avec l’impression 3D pour créer la forme souhaitée.
Ce matériau innovant ouvre de nombreuses perspectives d’applications, et les chercheurs sont impatients de voir où cette propriété non conventionnelle les mènera.
La recherche a été financée par l’Université de Californie, Merced, une bourse CAREER de la Fondation nationale des sciences et une bourse de jeune chercheur de la Fondation Arnold et Mabel Beckman.
[ Rédaction ]
