L’équipe du Sandia résout le casse-tête de la détérioration des matériaux

Une équipe de chercheurs apporte une solution intrigante aux problèmes liés à la détérioration des matériaux. Au croisement de la chimie et des sciences des matériaux, cette découverte pourrait remodeler le comportement des polymères face aux variations de température, offrant ainsi des applications dans divers secteurs industriels.

Les polymères, qui comprennent diverses formes de plastiques, sont constitués de petites molécules liées entre elles. Cette liaison confère à ces matériaux une résistance exceptionnelle, ce qui les rend particulièrement utiles pour protéger des composants délicats dans une multitude d’articles. Cependant, ces matériaux ne sont pas invulnérables ; ils se détériorent avec le temps, l’usure et l’exposition à différents environnements.

L’un des facteurs les plus importants dans la détérioration des matériaux est l’exposition répétée aux fluctuations de température. Alors que la plupart des matériaux se dilatent à la chaleur et se contractent au froid, chaque matériau a son propre taux de changement. Dans ce contexte, les polymères sont particulièrement sensibles, se dilatant et se contractant beaucoup plus que les métaux ou les céramiques.

Erica Redline, une scientifique des matériaux qui dirige l’équipe, révèle que la plupart des objets sont composés de plus d’un type de matériau. Prenez, par exemple, votre téléphone, qui a un boîtier en plastique, couplé à un écran en verre, et à l’intérieur, les métaux et les céramiques qui composent les circuits », explique Redline. Face à ce défi, elle eut l’idée de concevoir un matériau parfait.

L’équipe a modifié une molécule pour qu’elle puisse être facilement intégrée dans un polymère, changeant ainsi ses propriétés. « Lorsqu’elle est ajoutée à un polymère, elle provoque la contraction de ce dernier, atteignant des valeurs de dilatation et de contraction similaires aux métaux« , précise Redline.

Une autre application clé de cette invention réside dans la possibilité d’éliminer les charges lourdes, permettant ainsi des conceptions plus légères. C’est particulièrement important dans le secteur aérospatial où chaque gramme compte.

Les polymères trouvent leur application dans une multitude de secteurs allant de l’électronique aux systèmes de défense. Jason Dugger, un ingénieur chimiste chez Sandia, souligne que la molécule ouvre un nouvel espace de conception pour de futures innovations. « Cette molécule ne se contente pas de résoudre les problèmes actuels, elle ouvre également l’espace de conception à d’autres innovations futures« , souligne t-il.

Une autre clé de cette invention est qu’elle peut être incorporée dans différentes parties d’un polymère à différents pourcentages, dans l’impression 3D.

Cette molécule pourrait être utilisée à l’infini. Les polymères sont utilisés comme revêtements protecteurs dans l’électronique, les systèmes de communication, les panneaux solaires, les composants automobiles, les circuits imprimés, les applications aérospatiales, les systèmes de défense, les revêtements de sol, etc.

L’équipe n’a créé cette molécule qu’en petites quantités, mais elle s’efforce de trouver un moyen d’augmenter la production afin que d’autres chercheurs de Sandia puissent tester la molécule pour répondre aux besoins de leur mission.

Chad Staiger, chimiste organique à Sandia, fabrique la molécule. Il lui faut environ 10 jours pour produire entre 7 et 10 grammes.

« C’est malheureusement une longue synthèse pour cette molécule« , a commenté Staiger. « Plus d’étapes, c’est plus de temps et plus d’argent. Les synthèses en cinq ou six étapes sont généralement utilisées pour des matériaux de plus grande valeur, comme les produits pharmaceutiques. Dans le cas des polymères, moins c’est cher, mieux c’est pour une adoption à grande échelle.« 

L’équipe s’efforce de réduire les étapes grâce à un financement de 100 000 dollars dans le cadre du programme de maturation technologique de Sandia, qui aide à préparer les produits pour le marché.

« Mon rôle est de voir s’il existe un moyen plus facile de fabriquer ce produit à un niveau commercial« , explique Eric Nagel, postdoc. « Il n’y a rien de tel sur le marché. Je suis vraiment enthousiasmé par les possibilités offertes par cette technologie et par les applications qui pourraient y être associées.« 

« C’est assez phénoménal et très ouvert« , a conclu Staiger.

En synthèse

Cette molécule unique, actuellement en phase de recherche et de développement, pourrait révolutionner la façon dont les matériaux réagissent aux variations de température. Les applications sont vastes et pourraient marquer un tournant dans la conception de matériaux plus durables et efficaces.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un polymère ?

Un polymère est une grande molécule composée de nombreuses petites molécules appelées monomères.

Comment cette nouvelle molécule affecte-t-elle les polymères ?

Elle est intégrée dans le polymère, modifiant ses propriétés thermiques pour le rendre plus résistant aux variations de température.

Quels sont les avantages potentiels de cette découverte ?

Elle pourrait conduire à des matériaux plus durables et à des économies de poids dans diverses applications, notamment dans l’aérospatial.

Est-ce que cette molécule est déjà disponible sur le marché ?

Non, elle est toujours en phase de recherche et développement.

Quels sont les défis à surmonter ?

Le principal défi est de produire cette molécule à grande échelle de manière rentable.