De la “super-gélatine” assez solide pour supporter le poids de quelques voitures
Des chercheurs de l’université de Cambridge au Royaume-Uni ont inventé une « super gelée » si solide qu’elle peut conserver sa forme même si elle est piétinée par la masse d’un éléphant, alors qu’elle est composée à 80 % d’eau.
Image d’entête : la “super-gélatine” ou réseaux polymères supramoléculaires vitreux hautement compressibles. (Zehuan Huang/ Université de Cambridge)
Les matériaux gélatineux, ou hydrogels, ont de nombreuses applications dans la robotique souple, l’ingénierie tissulaire et les technologies portables, mais il est difficile de fabriquer des gelées solides qui n’éclatent pas sous la pression.
Selon cette étude le nouveau matériau hydrogel est mou comme une gelée, mais se comporte comme un verre ultra-dur et inaltérable lorsqu’il est comprimé.
Le comportement d’un matériau dépend de sa structure moléculaire. Certaines molécules se lient de manière rigide et ne peuvent donc pas bouger du tout, ce qui donne des matériaux solides et résistants comme le verre. D’autres peuvent glisser les unes autour des autres et garder le matériau flexible, comme le caoutchouc. La plupart des hydrogels sont constitués de réseaux de polymères liés entre eux sous une forme qui les rend flexibles.
Selon le Dr Zehuan Huang, premier auteur de l’étude :
Pour fabriquer des matériaux ayant les propriétés mécaniques souhaitées, nous utilisons des agents de réticulation, c’est-à-dire que deux molécules sont reliées par une liaison chimique.
Nous utilisons des réticulants réversibles pour fabriquer des hydrogels souples et extensibles, mais fabriquer un hydrogel dur et compressible est difficile, et concevoir un matériau avec ces propriétés est complètement contre-intuitif.
Le nouvel hydrogel suit le principe des polymères réticulés, mais possède des molécules spéciales en forme de tonneau appelées cucurbituriles qui maintiennent les polymères ensemble, presque comme des menottes.
Lorsque l’hydrogel est sous pression, les cucurbiturils serrent les polymères ensemble comme du verre, mais ils permettent toujours un mouvement flexible à d’autres moments. L’état de verre est si solide qu’il peut être écrasé par une voiture.
(Zehuan Huang/ Université de Cambridge)
Selon Oren Scherman, directeur du Melville Laboratory for Polymer Synthesis de l’université de Cambridge :
À 80 % de teneur en eau, on pourrait penser que l’hydrogel éclaterait comme un ballon d’eau, mais ce n’est pas le cas : il reste intact et résiste à d’énormes forces de compression. « Les propriétés de l’hydrogel sont apparemment en contradiction les unes avec les autres.
Le Dr Jade McCune, coauteur de l’étude, affirme que la façon dont l’hydrogel peut résister à la compression est surprenante :
Cela ne ressemblait à rien de ce que nous avions vu dans les hydrogels. Nous avons également constaté que la résistance à la compression pouvait être facilement contrôlée en modifiant simplement la structure chimique de la molécule invitée à l’intérieur de la menotte.
Les chercheurs ont utilisé le matériau pour fabriquer un capteur de pression en hydrogel pour le suivi en temps réel des mouvements humains, et ils espèrent étudier les usages dans d’autres technologies biomédicales ou bioélectriques.
Selon Huang :
À notre connaissance, c’est la première fois que des hydrogels semblables à du verre sont fabriqués. Nous ne nous contentons pas d’inscrire quelque chose de nouveau dans les manuels scolaires, ce qui est vraiment passionnant, mais nous ouvrons un nouveau chapitre dans le domaine des matériaux souples à haute performance.
L’étude publiée dans Nature Materials : Highly compressible glass-like supramolecular polymer networks et présentée sur le site de l’Université de Cambridge : ‘Super jelly’ can survive being run over by a car.