Matériau électriquement conducteur et auto-cicatrisant

Un groupe de scientifiques de l'Université du Texas à Austin, aux États-Unis, sous la direction de Yu Guihua, a créé un circuit électrique flexible basé sur un gel spécial qui, s'il est coupé en deux, est complètement auto-cicatrisant et reprend sa conductivité électrique d'origine.

Le nouveau gel a une combinaison de propriétés qui n'étaient pas réunies auparavant, c'est la flexibilité, la conductivité électrique élevée et la capacité de s'auto-réparer à température ambiante. Une telle solution ouvre un large éventail d'applications possibles: électronique flexible, robotique, batteries électriques, et même cuir artificiel souple et prothèses biomimétiques.

La propriété du nouveau gel est fournie par deux constituants de type gel de sa substance: un gel supramoléculaire (ou «supergel»), et une matrice d'un hydrogel polymère conducteur dans lequel le gel supramoléculaire est introduit. Ainsi, les caractéristiques physiques et chimiques de chaque composant sont combinées.

Le supergel introduit donne la capacité à l'auto-guérison, grâce à sa structure chimique supramoléculaire, dont la particularité est que non les molécules individuelles, mais les grands composés moléculaires sont les éléments constitutifs de la structure.

Ces grandes sous-structures sont maintenues ensemble par des forces beaucoup plus petites que les molécules individuelles, de sorte que leurs interactions, telles que la séparation, sont facilement réversibles. Il en résulte une «colle dynamique», capable de se réunir lors de la séparation.

Pendant ce temps, l'hydrogel conducteur, en raison de sa structure tridimensionnelle, fournit la conductivité. La structure tridimensionnelle facilite le transport des électrons. De plus, l'hydrogel, comme la colonne vertébrale, améliore la force et l'élasticité du gel composite. Lorsqu'un supergel est introduit dans la matrice d'hydrogel, il circule autour de l'hydrogel de telle manière qu'il forme un deuxième réseau, améliorant encore l'intégrité du gel hybride.

Les scientifiques ont mené leurs expériences sur la vérification des propriétés électriques sur des films minces d'un gel hybride déposé sur des substrats plastiques flexibles. Des études ont montré que la conductivité du nouveau gel est l'une des plus élevées parmi les gels conducteurs, et le reste grâce à la capacité du gel à s'auto-réparer même après des flexions et des étirements répétés.

Les scientifiques ont montré que si un circuit électrique constitué d'un gel hybride est coupé, il se rétablira au bout d'une minute et la conductivité électrique sera la même qu'avant la coupe. Cela se produit même après des coupes répétées au même endroit.

Selon les chercheurs, le gel hybride qu'ils ont inventé trouvera de nombreuses applications, jusqu'aux biocapteurs implantables, où des électrodes auto-cicatrisantes sont simplement nécessaires pour assurer la durabilité du dispositif. Le gel peut facilement être utilisé pour renforcer les électrodes. batteries au lithium-ion haute capacité.

Les développeurs du nouveau gel conducteur sont convaincus que leur approche pour combiner la chimie supramoléculaire avec la nanoscience des polymères crée une stratégie pour développer de nouveaux matériaux auto-cicatrisants. Ils envisagent d'explorer les mécanismes fondamentaux de l'auto-guérison afin de mieux comprendre les facteurs clés concernant les ions de divers métaux, la géométrie des molécules, l'interaction des supramolécules avec divers solvants et comment cela affecte les caractéristiques de l'auto-guérison. Cela contribuera à l'amélioration des matériaux nouvellement développés.

Le chef du groupe, Yu.Guihua, a noté que des efforts spéciaux seront consacrés au développement de stratégies à grande échelle pour produire des gels conducteurs auto-cicatrisants avec de meilleures propriétés, telles que la résistance mécanique et l'élasticité, de sorte que l'utilisation de gels conducteurs auto-cicatrisants devienne potentiellement possible dans de nombreux domaines technologiques différents, y compris l'électronique, l'énergie, la sécurité l'environnement et la santé.