Les scientifiques ont développé un nouveau matériau aussi flexible qu'élastique mais aussi résistant que l'acier

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Une nouvelle fibre de haute technologie qui combine l'élasticité du caoutchouc avec la résistance d'un métal a été développée par des scientifiques américains.

Le matériau incassable plus résistant imite la peau humaine mais conduit également l'électricité et se guérit après utilisation, facteurs importants pour l'électronique extensible et la robotique douce.


Il pourrait également être utilisé pour les matériaux d'emballage ou les textiles de nouvelle génération.

'Un bon moyen d'expliquer le matériau est de penser aux élastiques et aux fils métalliques', a déclaré le professeur Michael Dickey à l'Université d'État de Caroline du Nord .

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«Un élastique peut s'étirer très loin, mais il ne faut pas beaucoup de force pour l'étirer. Un fil métallique nécessite beaucoup de force pour l'étirer, mais il ne peut pas demander beaucoup d'efforts - il se brise avant que vous ne puissiez l'étirer très loin. Nos fibres ont le meilleur des deux mondes. »


«Les matériaux résistants trouvés dans la nature maintiennent l'intégrité structurelle de nombreux tissus biologiques contre les charges externes. Le collagène, par exemple, durcit la peau dans un réseau composé de fibres groupées qui dissipent rapidement et efficacement l'énergie et empêchent les coupures de se propager. Le muscle humain est renforcé par la biomolécule titine, qui se déplie de manière réversible pour absorber les charges de traction.

«Ces types de tissus doivent non seulement être extensibles pour s'adapter à la déformation due à la traction, mais doivent également être résistants pour éviter une défaillance mécanique.


«La capacité à imiter ces propriétés est importante à la fois pour les fonctions pratiques (par exemple l'emballage et les équipements de protection) et les applications émergentes qui subissent un allongement (par exemple l'électronique extensible, la robotique douce et la peau électronique).»

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La nouvelle fibre a un noyau métallique en gallium entouré d'une gaine polymère élastique, qui est beaucoup plus résistante que le fil métallique ou la gaine polymère seule.

Lorsqu'elle est placée sous contrainte, la fibre a la résistance du noyau métallique - mais lorsque le métal se brise, la fibre ne se rompt pas car la gaine en polymère absorbe la contrainte entre les ruptures du métal et transfère la contrainte au noyau métallique.


Cette réponse est similaire à la façon dont les tissus humains retiennent les os brisés.

«Chaque fois que le noyau métallique se brise, il dissipe de l'énergie, permettant à la fibre de continuer à absorber l'énergie en s'allongeant», explique Dickey. «Au lieu de se briser en deux lorsqu'il est étiré, il peut s'étirer jusqu'à sept fois sa longueur d'origine avant la défaillance, tout en provoquant de nombreuses ruptures supplémentaires dans le fil en cours de route.

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«Pour penser autrement, la fibre ne cassera pas et ne laissera pas tomber un poids lourd. Au lieu de cela, en libérant de l'énergie à plusieurs reprises par des pauses internes, la fibre réduit le poids lentement et régulièrement. »

Le noyau de gallium est également conducteur, bien qu'il perd sa conductivité lorsque le noyau interne se brise - mais les fibres peuvent également être réutilisées en fondant les noyaux métalliques ensemble.

L'auteur correspondant de l'étude a déclaré: «Il y a beaucoup d'intérêt pour les matériaux d'ingénierie pour imiter la ténacité de la peau - et nous avons développé une fibre qui a dépassé la ténacité de la peau tout en restant élastique comme la peau.

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«Nous avons utilisé du gallium pour ce travail de preuve de concept, mais les fibres pourraient être réglées pour modifier leurs propriétés mécaniques ou pour conserver leur fonctionnalité à des températures plus élevées, en utilisant différents matériaux dans le noyau et la coque.

«Ce n'est qu'une preuve de concept, mais cela recèle beaucoup de potentiel. Nous sommes intéressés de voir comment ces fibres pourraient être utilisées dans la robotique douce ou tissées dans des textiles pour diverses applications.

L'étude a été publiée dans la revue Progrès scientifiques .

(REGARDERla vidéo éducative ci-dessous)

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