Brillant et résistant : un matériau qui s'auto-guérit et qui brille
Un nouveau matériau pourrait ouvrir la voie à de nouveaux matériaux tels que les cellules solaires organiques
Une équipe de chercheurs du RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) a réussi à mettre au point un matériau auto-cicatrisant qui est également capable d'émettre une grande quantité de fluorescence lorsqu'il absorbe de la lumière. Cette recherche, publiée dans le Journal of the American Chemical Society, pourrait ouvrir la voie à la création de nouveaux matériaux tels que des cellules solaires organiques plus durables que les types actuels.
Fluorescence et propriété d'auto-cicatrisation du film imprimé de fleurs en terpolymère composé d'éthylène, d'anisylpropylène et de styrène substitué par du pyrénylthényle.
RIKEN
En 2019, Zhaomin Hou et son équipe du RIKEN CSRS ont réussi à copolymériser l'éthylène et l'anisylpropylène à l'aide d'un catalyseur à base de métaux des terres rares. Le copolymère binaire résultant a montré des propriétés remarquables d'auto-guérison contre les dommages. Les composants souples du copolymère, des unités alternées d'éthylène et d'anisylpropylène, associées à des unités cristallines dures de chaînes d'éthylène-éthylène, ont agi comme des points de réticulation physique, formant une structure séparée par des nanophases qui s'est avérée cruciale pour l'auto-guérison.
Forts de ce succès, ils ont incorporé une unité luminescente, le styrylpyrène, dans un monomère et ont ensuite formé des polymères comprenant également de l'anisylpropylène et de l'éthylène. Ce processus a permis de synthétiser, en une seule étape, un matériau auto-cicatrisant présentant des caractéristiques de fluorescence.
"Les matériaux fluorescents sont très utiles, car ils peuvent être utilisés pour les diodes électroluminescentes organiques (OLED), les transistors organiques à effet de champ (OFET) et les cellules solaires. L'un des principaux problèmes de ces matériaux est toutefois leur courte durée de vie pendant leur utilisation. Notre nouveau matériau devrait permettre d'allonger la durée de vie des produits et d'en améliorer la fiabilité", explique Masayoshi Nishiura, collaborateur de M. Hou pour cette étude.
Une surprise supplémentaire est venue s'ajouter. Le copolymère obtenu s'est non seulement avéré résistant, mais il a également fait preuve d'autoguérison sans stimuli ou énergie externes. Sa résistance à la traction s'est entièrement rétablie en 24 heures, ce qui démontre une vitesse d'autoréparation élevée par rapport aux copolymères binaires. Le matériau a pu s'autorégénérer même dans l'eau et dans des solutions acides et alcalines, ce qui lui confère un potentiel d'utilisation dans une variété d'environnements.
La structure en réseau du copolymère, qui comprend des points de réticulation physique formés par les unités de styrylpyrène et des nanodomaines d'éthylène-éthylène cristallins, ainsi que des segments souples composés d'unités alternées, a facilité l'autoréparation.
Le matériau présente également une propriété supplémentaire. L'équipe de recherche a réussi à transférer une image bidimensionnelle sur le film autocicatrisant fluorescent par photolithographie. Bien que l'image soit restée invisible à la lumière naturelle, elle est devenue reconnaissable à la lumière ultraviolette, ce qui laisse entrevoir des applications potentielles pour le film en tant que dispositif de stockage d'informations. Le film a conservé ses excellentes propriétés d'autocicatrisation et d'élastomère, même avec les images.
"Le matériau que nous avons synthétisé, grâce à une réaction en une seule étape, nous a permis de contrôler ses propriétés optiques et mécaniques en ajustant la composition du monomère. Nous pensons qu'il pourrait contribuer de manière significative au développement de nouveaux matériaux fonctionnels dotés de grandes capacités d'autoréparation dans divers environnements pratiques", explique M. Hou. Cette recherche s'inscrit dans le cadre des objectifs de développement durable (ODD) des Nations unies, et contribue en particulier à l'objectif 12 : "Assurer des modes de consommation et de production durables".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Lin Huang, Yang Yang, Jingjing Shao, Gang Xiong, Haobing Wang, Masayoshi Nishiura, Zhaomin Hou; "Synthesis of Tough and Fluorescent Self-Healing Elastomers by Scandium-Catalyzed Terpolymerization of Pyrenylethenylstyrene, Ethylene, and Anisylpropylene"; Journal of the American Chemical Society, Volume 146, 2024-1-18
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