Les experts combinent des substances pour créer une matière étrange, dure et élastique

Les écrans de smartphone incassables pourraient être une application d’un nouveau matériau hybride qui fusionne plusieurs propriétés incongrues en une seule substance. Le matériau possède simultanément la dureté et la résistance d’une céramique, l’élasticité déformable du caoutchouc et la remodelabilité d’un plastique. "Cette combinaison de propriétés dans un seul matériau est si unique que ses utilisations potentielles sont principalement limitées par notre imagination", explique LIU Zhaoming, professeur au département de chimie de l'université du Zhejiang, à Hangzhou, en Chine. Liu a codirigé la recherche. Traditionnellement, les polymères organiques souples et extensibles créent des matériaux dotés de propriétés élastiques et plastiques, tandis que les matériaux inorganiques sont plus susceptibles de former des céramiques dures. Les tentatives précédentes visant à combiner des composés organiques et inorganiques dans des matériaux hybrides ont été limitées par leurs natures chimiques contrastées, explique Liu. Les composés inorganiques sont généralement maintenus ensemble par des liaisons ioniques, existant rarement sous des formes moléculaires pures. Au lieu de cela, ils ont tendance à former des cristaux solides ou à se dissocier en une solution d’ions libres dans l’eau. Pensez au chlorure de sodium ou au sel de table. Les composés organiques, en revanche, sont généralement maintenus ensemble par des liaisons covalentes et existent facilement sous formes moléculaires. Cette différence rend difficile la combinaison de composés organiques et inorganiques à l’échelle moléculaire. En 20191, Liu et ses collègues de l’Université du Zhejiang, dont le professeur TANG Ruikang, ont trouvé un moyen potentiel de contourner ce problème. "Nous avons découvert que nous pouvions utiliser de petites molécules organiques comme "agents de coiffage" pour stabiliser le carbonate de calcium, un composé ionique inorganique, sous forme moléculaire", explique-t-il. Dans ses derniers travaux, l'équipe a utilisé cette approche pour créer un nouvel hybride organique-inorganique. molécule2, utilisant une réaction acido-basique pour relier les oligomères de carbonate de calcium à une molécule organique, l'acide thioctique. Lorsque ces molécules ont été traitées sous pression à 120°C, les parties organiques et inorganiques de la molécule ont réagi avec les molécules voisines, se réticulant pour former un solide avec des régions organiques et inorganiques hautement intégrées. Les propriétés remarquables du matériau hybride n'étaient pas immédiatement évidentes, dit Liu. « La première fois que nous avons fabriqué ce matériau, nous avons pensé qu'il ressemblait à un plastique dur », dit-il. Les surprises ont commencé lorsqu'ils ont enfoncé une pointe acérée dans le matériau en utilisant une technique appelée nano-indentation utilisée pour étudier les propriétés mécaniques des matériaux solides à l'échelle nanométrique. « Le matériau hybride était très dur, un peu comme la céramique », explique Liu. "Mais lorsque nous avons fait une empreinte, puis rétracté la pointe, le matériau a repoussé, reprenant sa forme comme du caoutchouc." La dureté et l'élasticité ne sont pas les seules propriétés paradoxales du matériau hybride. L'équipe a découvert que sous des températures et des pressions élevées, il pouvait être remodelé, ce qui signifie qu'il pouvait être recyclé pour une nouvelle utilisation. « Nous avons baptisé ce matériau « élastique-céramique-plastique », car il combine les trois caractéristiques », explique Liu. En ce qui concerne les applications réelles de ce matériau, Liu estime qu'une possibilité serait un écran de smartphone dur et solide, mais pas cassant. "Grâce à sa combinaison de dureté et de résilience à la fracture, il pourrait également être utilisé pour des implants osseux ou d'autres matériaux médicaux", suggère-t-il. L'élastique-céramique-plastique pourrait n'être que le premier d'une toute nouvelle famille de matériaux, ajoute Liu. « L’innovation fondamentale de ce travail réside dans la fusion de la chimie organique et inorganique à l’échelle moléculaire », explique-t-il. "Avec cette méthode, nous pourrions fabriquer de nombreuses molécules hybrides, combinant peut-être d'autres propriétés paradoxales."