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Enseigner un vieux tour de mémoire en polymère
Les chercheurs ont découvert des propriétés de mémoire de forme dans un polymère disponible dans le commerce qui est largement utilisé pour fabriquer des membranes de piles à combustible. Le polymère, Nafion, peut prendre quatre formes différentes en réponse aux changements de température – les chercheurs ont déjà fabriqué des polymères à triple forme. C'est sans doute le polymère intelligent le plus polyvalent jamais découvert, ditTao Xie, un scientifique des polymères au GM Research and Development Center à Warren, MI, qui a publié ses découvertes dans le La nature .
Magie du morphing : Les chercheurs ont entraîné le polymère Nafion à prendre différentes formes à différentes températures. Dans le sens horaire en partant du haut à gauche : la forme originale du polymère ; à 140 ºC; à 107 °C ; et à 68 ºC.
Les polymères à mémoire de forme passent d'une forme prédéfinie à une autre en réponse à des déclencheurs tels que la température, la lumière ou le champ magnétique. La plupart de ces matériaux ont une forme temporaire et un état permanent auquel ils reviennent lorsqu'ils sont déclenchés. Les polymères sont développés pour les appareils orthodontiques auto-ajustables, les sutures à nouage automatique pour la chirurgie laparoscopique, les dispositifs médicaux tels que les stents vasculaires et les implants osseux, et les avions avec des ailes qui se transforment pendant le vol.
La polyvalence de Nafion en tant que polymère multiforme est surprenante, car il n'a pas été initialement développé à cette fin, expliqueAndreas Lendlein, un pionnier des polymères à mémoire de forme au centre de recherche GKSS à Teltow, en Allemagne. Xie dit que ses découvertes suggèrent qu'une large gamme de polymères ayant des propriétés similaires pourrait être capable de changer de forme plusieurs fois.
Les propriétés de changement de forme de Nafion indiquent également qu'il pourrait prendre plus de quatre formes. Le polymère peut être programmé pour se transformer à des températures arbitraires dans une large plage tant que ces températures sont bien séparées. Xie a pu programmer trois transitions, donnant un total de quatre formes. Vous vous demandez combien ils peuvent se souvenir, dit-il.
Plus vous pouvez mémoriser de formes, plus vous pouvez complexifier la structure et la fonction, explique Christoph Weder, chimiste des polymères auUniversité de Fribourgen Suisse. Il pourrait, d'une part, étendre les applications actuelles : des ailes d'avion qui prennent quatre formes différentes ; antenne de vaisseau spatial qui s'étend à différentes largeurs ; et des stents à largeur réglable qui pourraient être déplacés d'un vaisseau sanguin plus large à un plus étroit ou qui pourraient être placés à la branche d'une artère.
En 2006, Lendlein et ses collègues ont développé un matériau qui peut prendre trois formes en réponse aux changements de chaleur. La clé était de développer deux types de polymères avec des points de fusion distincts. Le matériau a conservé une forme à température ambiante, est passé à une deuxième forme lorsqu'il est chauffé au-dessus d'un point de fusion et à une forme finale lorsqu'il est chauffé à une température encore plus élevée.
Avec Nafion, dit Xie, nous n'avons rien d'extraordinaire à faire. Il peut être programmé pour contenir plusieurs formes car il a une large plage de températures, de 55 °C à 130 °C, où il reste souple et caoutchouteux et peut être déformé. La plupart des polymères ont une telle température de transition vitreuse ; ils sont caoutchouteux au-dessus et cassants en dessous.
La programmation du polymère consiste à le chauffer à une température élevée dans la plage de transition vitreuse, à le déformer puis à le refroidir à une température plus basse tout en maintenant la force de déformation. Après l'événement [de refroidissement], cette forme est verrouillée, dit Xie. Déformer le polymère et le refroidir à nouveau programmera des formes supplémentaires.
Xie a pu programmer Nafion trois fois. Le polymère associe les trois formes temporaires - longue, plus longue et courbée - aux températures auxquelles il a été déformé. Lorsqu'il est chauffé, il parcourt les formes temporaires, allant de courbé à droit, puis plus court à ces températures prédéfinies jusqu'à ce qu'il atteigne sa forme permanente.
Ni le matériau ni le concept ne sont nouveaux, dit Weder, mais c'est un travail intéressant et nouveau puisqu'il s'agit du premier matériau de mémoire à quatre formes. Xie prend un morceau de polymère que tout le monde connaît et avec lequel il joue et il montre un nouveau tour avec ce polymère, dit-il. En principe, je ne vois pas pourquoi il ne pourrait pas prendre plus de formes.