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Les chercheurs ont développé une molécule qui, ajoutée à un polymère, augmente la durabilité du matériau en le rendant plus proche du métal en termes de capacité à résister aux variations de température. Ils disent que cela pourrait augmenter la durabilité de tout, des coques de téléphone en plastique aux missiles.

En raison de leur faible coût, de leur faible densité, de leurs bonnes propriétés d’isolation thermique et électrique et de leur haute résistance à la corrosion, les polymères se retrouvent dans presque tous les objets utilisés dans la vie quotidienne. Cependant, une exposition continue à la chaleur et au froid provoque la dilatation et la contraction des matériaux, y compris des polymères, ce qui conduit finalement à leur détérioration.

Différents matériaux se dilatent et se contractent à des rythmes différents : les métaux et les céramiques, par exemple, se contractent moins que les polymères. Des chercheurs des laboratoires nationaux Sandia aux États-Unis ont modifié une molécule qui, ajoutée à un polymère, augmente la durabilité du matériau pour le rendre plus semblable au métal.

"Il s'agit vraiment d'une molécule unique qui, lorsque vous la chauffez, au lieu de se dilater, se contracte en modifiant sa forme", a déclaré Erica Redline, une scientifique des matériaux qui a dirigé l'équipe de recherche. « Lorsqu'il est ajouté à un polymère, celui-ci se contracte moins, atteignant des valeurs d'expansion et de contraction similaires à celles des métaux. Avoir une molécule qui se comporte comme un métal est assez remarquable.

L’idée de développer cette molécule révolutionnaire – que les chercheurs n’ont pas nommée – est née suite aux plaintes des clients de Sandia concernant la fragilité des smartphones, qui sont constitués de divers matériaux réagissant chacun de différentes manières à la chaleur et au froid.

"Prenons, par exemple, votre téléphone, qui possède un boîtier en plastique couplé à un écran en verre, et à l'intérieur, les métaux et la céramique qui composent les circuits", a déclaré Redline. "Ces matériaux sont tous vissés, collés ou liés d'une manière ou d'une autre et commenceront à se dilater et à se contracter à des rythmes différents, s'exerçant les uns sur les autres, ce qui peut les amener à se fissurer ou à se déformer avec le temps."

Les chercheurs affirment que la molécule pourrait révolutionner la façon dont les polymères sont utilisés dans une gamme d’applications, notamment l’électronique, les systèmes de communication, les panneaux solaires, les pièces automobiles, les circuits imprimés, les conceptions aérospatiales, les systèmes de défense et les revêtements de sol.

"La molécule résout non seulement les problèmes actuels, mais ouvre considérablement un espace de conception pour davantage d'innovations à l'avenir", a déclaré Jason Dugger, ingénieur chimiste chez Sandia.

Ils disent qu’un avantage est qu’il peut être introduit dans différentes parties d’un polymère à différents pourcentages lors de l’impression 3D.

"Vous pouvez imprimer une structure avec certains comportements thermiques dans une zone et d'autres comportements thermiques dans une autre pour faire correspondre les matériaux dans différentes parties de l'article", a déclaré Dugger.

Et cela contribue également à réduire le poids des matériaux en éliminant les charges lourdes. Souvent, des minéraux tels que le carbonate de calcium, la silice, l'argile, le kaolin et le carbone sont ajoutés comme charges pour faciliter le moulage et la mise en forme du polymère et assurer sa stabilité.

"Cela nous permettrait de faire des choses beaucoup plus légères pour économiser de la masse", a déclaré Dugger. «C'est particulièrement important lors du lancement d'un satellite, par exemple. Chaque gramme que nous pouvons économiser est énorme.

Les chercheurs n’ont jusqu’à présent créé que de petites quantités de la molécule, mais ils travaillent sur un moyen d’augmenter la production. Actuellement, il faut environ 10 jours pour produire entre 0,2 et 0,3 oz (7 à 10 g).

"La synthèse de cette molécule est malheureusement longue", a déclaré Chad Staiger, le chimiste organique responsable de la création de la molécule. « Plus d’étapes équivalent à plus de temps et plus d’argent. On voit généralement des synthèses en cinq à six étapes dans des matériaux de plus grande valeur tels que les produits pharmaceutiques. Dans le domaine des polymères, moins ils sont chers, mieux c’est pour une adoption à grande échelle.

Les chercheurs restent néanmoins optimistes quant aux utilisations potentielles de la molécule.

"Il n'y a rien de tel là-bas", a déclaré Eric Nagel, membre de l'équipe de recherche. "Je suis vraiment enthousiasmé par les possibilités de ce que cette technologie peut faire et par l'application qui pourrait y être associée."