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Hydrogel : Le matériau doux mais solide conserve sa forme après

Un gel aux propriétés similaires au verre incassable pourrait avoir des applications dans les robots souples et les prothèses


La physique


25 novembre 2021

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Un nouveau gel reprend rapidement sa forme initiale après avoir été fortement écrasé

Zehuan Huang, Université de Cambridge

Un gel mou composé à 80 % d’eau a des propriétés similaires à celles du verre incassable et peut résister aux écrasements d’une voiture 16 fois sans déformation durable. Le matériau pourrait être utile pour une gamme d’applications, notamment les robots souples, les prothèses et les appareils portables.

Hydraté polymère réseaux, ou hydrogels, qui ont été fabriqués auparavant sont doux et extensibles, avec des propriétés caoutchouteuses. Mais sous une compression élevée, ces gels ne parviennent pas à reprendre leur forme d’origine.

Maintenant Oreilles Scherman et ses collègues de l’Université de Cambridge ont créé un gel doux et résistant à la compression qui peut rapidement reprendre sa forme d’origine en quelques minutes, même après avoir été écrasé à plusieurs reprises par une voiture pesant 1 200 kilogrammes.

«Ce travail dépasse les limites de ce qui était jugé possible», dit Richard Hoogenboom à l’Université de Gand en Belgique, qui n’a pas participé à l’étude. Les réseaux de polymères sont généralement soit solides, soit déformables, tandis que ce gel combine les deux propriétés pour fabriquer des matériaux vitreux déformables, solides et résistants, dit-il.

Le gel contient un polymère composé de deux types de molécules « invités » – un perfluorophényle et un phényle – qui se trouvent à l’intérieur de molécules « hôtes » en forme de tonneau appelées cucurbiturilles. Les molécules invitées sont réticulées les unes aux autres à l’intérieur des hôtes, formant un réseau en treillis.

Au fur et à mesure que les liaisons croisées se forment par attraction entre des charges opposées, elles se délient et se reforment constamment. Scherman et ses collègues soupçonnaient que le fait de prolonger la durée des liaisons croisées avant de se dissocier pourrait augmenter la résistance de l’hydrogel à la compression.

Pour tester cette idée, les chercheurs ont modifié la structure des molécules invitées de phényle dans le réseau pour les rendre plus hydrofuges, ce qui a augmenté le temps avant que les liaisons croisées ne se désintègrent. Ils ont produit une gamme de gels, du caoutchouc au verre.

« Cette nouvelle classe de matériaux est très prometteuse dans un large éventail d’applications, notamment le remplacement du cartilage, les peaux électroniques, les membres prothétiques, les appareils portables ainsi que la robotique douce », a déclaré Scherman.

Référence de la revue : Matériaux naturels, DOI : 10.1038/s41563-021-01124-x

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