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Un nouveau matériau change de façon réversible sa structure en fonction de la lumière

Des chercheurs du MIT américain ont conçu un matériau polymère capable de modifier sa structure en réponse à la lumière, en passant d’une substance rigide à une substance plus souple. Le matériau est constitué de polymères attachés à une molécule sensible à la lumière qui peut être utilisée pour modifier les liaisons formées dans le matériau. Ces matériaux pourraient à long terme être utilisés pour revêtir des objets tels que des voitures ou des satellites, leur donnant la possibilité de se réparer seuls après avoir été endommagés.

Beaucoup de propriétés des polymères, telles que leur rigidité et leur capacité à se dilater, sont contrôlées par leur topologie – comment les composants du matériau sont disposés. Habituellement, une fois qu’un matériau est formé, sa topologie ne peut pas être modifiée de façon réversible. Par exemple, une bille de caoutchouc reste élastique et ne peut être rendue cassante sans changer sa composition chimique.

Ici les chercheurs ont voulu créer un matériau pouvant basculer de façon réversible entre deux états topologiques différents, ce qui n’a pas été fait auparavant. Un type de matériau conçu il y a quelques années, connu sous le nom de cages polymères-métal-organiques, ou polyMOCs, était un candidat prometteur pour cette approche. Les polyMOC sont constitués de structures en forme de cage, contenant des métaux, réunies par des lieurs polymères flexibles. Les chercheurs ont créé ces matériaux en mélangeant des polymères attachés à des groupes appelés ligands, qui peuvent se lier à un atome de métal.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont entrepris de concevoir un matériau qui pourrait basculer de façon réversible entre deux cages de tailles différentes : une avec 24 atomes de palladium et 48 ligands, et une avec trois atomes de palladium et six molécules de ligand. Pour y parvenir, ils ont incorporé une molécule sensible à la lumière appelée DTE dans le ligand. Lorsque les chercheurs mettent la lumière verte sur le matériau, l’anneau est brisé, l’angle de liaison devient plus petit et les plus petits groupes se reforment. Le processus pour se dérouler pleinement prend environ cinq heures et les chercheurs ont constaté qu’ils pouvaient effectuer l’inversion jusqu’à sept fois ; à chaque inversion, un faible pourcentage des polymères ne revient pas en arrière.

Lorsque le matériau est dans l’état de « petit cluster », il devient jusqu’à 10 fois plus souple et plus dynamique. Cette approche surmonte le compromis qui se produit habituellement avec les matériaux d’auto-réparation, qui est que structurellement ils ont tendance à être relativement fragiles.

Dans ce cas, le matériau peut basculer entre un état plus souple, auto-cicatrisant et un état plus rigide. Pour leur démonstration, les chercheurs ont utilisé le polymère polyéthylène glycol (PEG) pour fabriquer leur matériau, mais ils estiment que cette approche pourrait être utilisée avec n’importe quel type de polymère. Hormis l’auto-réparation, une autre application possible de ces matériaux est la délivrance de médicaments à la demande grâce à la lumière.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

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