Un bon muscle artificiel fabriqué à partir d’un polymère à mémoire de forme étiré s’accorde lors du chauffage, tordant l’équipement d’un mannequin. Crédit : Adapté via ACS Central Technology 2021, DOI : dix. 1021/accentsci. 1c00829
Lorsqu’ils sont étendus ou déformés, les polymères à mémoire de forme retrouvent leur conception d’origine après utilisation de la chaleur ou même de la lumière. Ces matériaux sont très prometteurs pour la robotique douce, les dispositifs biomédicaux intelligents et les constructions spatiales déployables, mais jusqu’à présent, ces personnes n’ont pas pu stocker suffisamment d’énergie. Désormais, les chercheurs confirment en ACS Science centrale ont développé un polymère à mémoire de forme qui stocke près de 6 fois plus d’énergie que les variantes précédentes.
Les polymères de stockage de forme alternent entre un état pionnier non déformé et un état secondaire déformé. La condition déformée est créée en allongeant le polymère et elle est maintenue en place simplement par des changements moléculaires, tels que des systèmes de liaison dynamique ou une cristallisation induite par contrainte, qui sont inversés avec la chaleur ou l’éclairage. Le polymère revient ensuite à son état d’origine grâce à la libération associée à la puissance entropique stockée. Mais il est déjà difficile pour les chercheurs de faire en sorte que ces polymères remplissent des fonctions énergivores. Zhenan Bao et ses collègues voulaient créer un nouveau type de polymère à mémoire de forme qui s’étirera dans un état stable et très allongé, lui permettant de libérer des quantités considérables d’énergie lorsqu’il sera temps pour son état d’origine.
Les scientifiques ont incorporé des unités de 4-, 4′-méthylène bisphénylurée directement dans un squelette lié à un polymère de poly(propylène glycol). Dans l’état d’origine du polymère, les chaînes en plastique étaient tordues et désordonnées. L’extension a amené les réserves à s’aligner et à former de l’hydrogène entre les groupes d’urée, créant des constructions supermoléculaires qui ont stabilisé la condition particulière fortement allongée. Le chauffage a provoqué la rupture des liaisons et le polymère s’est conformé à son état désordonné préliminaire.
Lors des tests, le polymère a pu être étendu jusqu’à cinq fois sa taille d’origine et stocker jusqu’à 17,9 J/g d’énergie –– près de six fois plus d’énergie que les polymères à mémoire de forme antérieurs. L’équipe a montré que les matériaux étirés pouvaient utiliser cette puissance pour soulever des objets 5 000 fois son propre poids en chauffant. Ils ont également produit une masse musculaire artificielle en attachant le polymère pré-étiré particulier vers le haut et le bas du bras du mannequin en bois. Chaque fois qu’ils sont chauffés, les matériaux se contractent, ce qui fait que la conception plie le bras au niveau de l’épaule. En plus de sa densité d’énergie record, le polymère à mémoire de forme peut également être peu coûteux (les composants bruts coûtent environ 11 $ la livre) et simple à fabriquer, selon les scientifiques.
Guide : 8 septembre 2021, ACS Science centrale .
DOI : dix. 1021/accentsci. 1c00829
Les auteurs reconnaissent le financement du département américain associé à la Défense, de la National Technology Foundation et de l’U. Ersus. Ministère de l’Énergie.
