29.11.2022 - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

Les cadeaux intelligents vont bientôt se déballer tout seuls

Les actionneurs à base de cellulose peuvent être programmés et se réparer eux-mêmes

Avec l'aide de la source de rayons X à haute brillance PETRA III, un groupe de recherche germano-suédois a mis au point un nouveau matériau polymère cellulosique qui peut être spécifiquement animé de mouvements par l'humidité, ce qui en fait un matériau de base idéal pour les actionneurs programmables. En outre, le matériau composite est également très résistant à l'étirement et capable de s'auto-réparer, comme le rapporte le groupe dans la revue scientifique "Advanced Functional Materials". Le mécanisme de cette autoréparation en particulier a été étudié à PETRA III.

Dans la nature, des fonctions et des mécanismes fascinants ont prévalu au cours de millions d'années d'évolution. Dans la recherche en bionique, les scientifiques tentent de copier et de reproduire ces méthodes efficaces issues de la nature. Par exemple, dans les capteurs ou les actionneurs bioniques, des éléments actifs qui - commandés par un signal - peuvent commuter ou déplacer quelque chose. Les actionneurs modernes doivent être stimulables par programmation, très robustes et capables de faire face à un large éventail de conditions de travail.

L'équipe de recherche, composée de membres de l'Institut royal de technologie de Stockholm (KTH), de DESY et du Centre Helmholtz de recherche sur les ions lourds, a maintenant produit un film mince de nanofibres de cellulose avec deux types de polymères, à l'instar des tissus biologiques. Pour ce faire, ils ont mélangé de l'alcool polyvinylique (PVA) et du polystyrène sulfonate (PSS) avec les fibrilles de cellulose et ont versé la solution sur une plaque de verre. Lorsqu'elle a séché, un film circulaire s'est formé dans lequel un réseau serré de liaisons chimiques et physiques s'est formé. "C'est le polystyrène sulfonate en particulier qui rend le film extrêmement étirable et résistant", explique Qing Chen, scientifique à DESY et premier auteur de l'étude. "Cet ingrédient de la solution peut être élargi en mélangeant des colorants alimentaires, ce qui la rend plus colorée et diversifiée."

Des morceaux de plusieurs centimètres peuvent être découpés dans ce film, qui se plient lorsqu'ils sont exposés à l'humidité. "En principe, nous pouvons fabriquer un papier d'emballage actif à partir de ce matériau, explique Stephan Roth (DESY et KTH), responsable de la ligne de faisceau P03 de PETRA III et coauteur de l'étude, il suffit de pulvériser un peu d'humidité dessus pour qu'il se déroule tout seul."

Mais le papier d'emballage ou les stores qui s'enroulent lorsqu'il commence à pleuvoir sont une chose ; le nouveau film de polymère de cellulose a un potentiel bien plus grand, par exemple en tant que capteur d'humidité ou interrupteur. D'une certaine manière, les dispositifs sont programmables : la direction de la flexion, la vitesse de flexion et la courbure des films peuvent être adaptées en contrôlant la géométrie des échantillons avant leur découpe.

La station terminale nanofocus de la ligne de faisceau P03 de la PETRA a permis de mettre en lumière la résistance à la déchirure et l'autoréparation du matériau. Les expériences d'étirement en traction ont été réalisées au KTH en Suède. Lorsque les films ont été étirés au-delà de la limite d'élasticité, la déformation a été préservée dans des échantillons statiques et examinée par des expériences de diffusion des rayons X aux ultra petits angles à P03. Les expériences d'autoréparation ont été réalisées à l'aide d'une chambre de contrôle de l'humidité dans la même station expérimentale. En modifiant l'environnement humide des échantillons déformés avec de la vapeur d'eau, les chercheurs ont pu observer comment les liaisons chimiques dans les matériaux se réparaient, réduisant ainsi la zone blessée des échantillons. "Les mécanismes d'autoréparation rendent ce matériau vraiment unique", souligne Chen.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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