19/01/2011 - Une nouvelle classe de matériaux intelligents est née à partir de supermolécules

Menéame

On utilise des supermolécules hélicoïdales composées de petites sphères de latex. Ingénieurs et chercheurs de l’Université de l’Illinois et de l’université de Northwestern ont fait le premier pas vers le développement d’une nouvelle génération de matériaux intelligents, qui pourraient intégrer des fonctionnalités aujourd'hui inimaginables. Ces nouveaux matériaux seraient fabriqués à partir de supermolécules hélicoïdales, créées grâce au regroupement de petites sphères de latex. Pour Pablo Javier Piacente.

La naissance d’une nouvelle classe de matériaux intelligents pourrait générer des fonctionnalités aujourd'hui inexistantes, avec une application dans différents domaines de l’activité humaine. Le développement s’inscrit dans le cadre d’une recherche de spécialistes de la University of Illinois et de la Northwestern University, qui a pour base l’utilisation de supermolécules hélico-idales.

Selon le article publié par l’équipe de recherche dans la revue spécialisée Science et selon Communiqué de presse Les supermolécules hélicoïdales sont structurées à partir de sphères de coloïde (spécifiquement latex) au lieu d’atomes ou de molécules.

Ces structures parviennent à s’assembler elles-mêmes, ouvrant la voie au développement d’une nouvelle classe de matériaux intelligents. Pour cela, on utiliserait des méthodes similaires à celles qui peuvent être observées dans la fonctionnalité des molécules multicentriques complexes. Steve Granick, professeur d’ingénierie à l’Université de l’Illinois et l’un des leaders de l’équipe de recherche, l’a déclaré.

Selon Granick, les ingénieurs et les chercheurs ont développé de petites sphères de latex, qui s’attirent mutuellement et se repoussent dans l’eau, selon les conditions créées. La double nature de ces sphères leur donne la capacité de former des structures inhabituelles, de même que les atomes et les molécules.

Nature duale

Alors que dans l’eau pure les particules sont dispersées complètement en raison de l’action de leurs charges contraires, quand on ajoute du sel à la solution utilisée les ions de celle-ci adoucissent la répulsion des particules, favorisant leur rapprochement et réunion en différents groupes.

Avec de faibles concentrations en sel, on ne forme que de petits groupes de quelques particules. Aux niveaux supérieurs et à des concentrations plus élevées, des groupes plus importants sont créés, formant des structures hélico-hydroïdales intriquées. Là seraient données les conditions pour "imiter " ce phénomène et développer une nouvelle génération de matériaux intelligents.

Comme pour les atomes et les molécules, les particules utilisées dans cette recherche peuvent croître et former des structures de plus en plus complexes. Ce phénomène serait courant si nous parlions d’atomes et de molécules qui réagissent chimiquement entre eux, mais ces particules ont la différence de mettre en évidence le comportement dual indiqué ci-dessus.

Ainsi, l’équipe de recherche a conçu des sphères avec la juste proportion dans leurs moitiés hydrophobes pour obtenir leur attraction, mais qui à la fois peuvent conserver le dynamisme suffisant pour permettre le mouvement, le changement et la croissance du groupe de sphères de coloide.

Aspects à étudier plus avant

La rigidité des structures développées sous forme de supermolécules hélico-légales varie continuellement, montrant par exemple des conceptions désordonnées, ou la seule activité de petits groupes, voire de grandes concentrations de complexité maximale. L’un des avantages de ces supermolécules est leur taille.

En étant assez grands pour observer leur comportement en temps réel en utilisant un microscope, les chercheurs peuvent apprécier le moment où les sphères se rassemblent et se développent, que ce soit à partir de sphères individuelles qui se rassemblent ou à travers la fusion entre petits groupes.

Les différentes configurations structurelles créées de manière naturelle pourraient être utilisées pour le développement de nouveaux matériaux Intelligents. Dans ce cas, les ingénieurs pourraient concevoir des moyens utiles que la nature ne choisirait pas, en appréciant et en optimisant la méthodologie déployée.

Dans le même ordre d’idées, les calculs théoriques et les simulations par ordinateur effectués dans le cadre de la recherche ont montré que les structures hélicoidales les plus courantes ne sont pas celles qui seraient les plus favorables du point de vue énergétique. Au contraire, les domaines sont regroupés de manière optimale et fonctionnelle en termes cyniques.

À partir de maintenant, les spécialistes espèrent poursuivre l’étude des propriétés colloïdales, afin d’optimiser l’ingénierie des structures. Par exemple, le développement de particules de différentes tailles ou formes pourrait favoriser la création de supermolécules avec un meilleur contrôle de leur formation. Ce travail a été soutenu par le Department of Energy des États-Unis d’Amérique National Science Foundation.

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