Ce matériau électronique extensible durcit à l'impact, tout comme un « oobleck ».

Les scientifiques souhaitent développer de nouveaux matériaux pour des appareils électroniques portables légers, flexibles et abordables, afin qu'un jour, la chute de nos smartphones ne cause pas de dommages irréparables. Une équipe de l'Université de Californie, Merced, a fabriqué des films polymères conducteurs qui deviennent plus rigides en réponse à l'impact plutôt que de se désintégrer, tout comme le mélange de fécule de maïs et d'eau en quantités appropriées produit une suspension fluide lorsqu'elle est agitée lentement mais qui durcit lorsqu'elle est frappée. (c'est-à-dire « oobleck »). ). Ils ont décrit leur travail lors d'une conférence lors de la réunion de cette semaine de l'American Chemical Society à la Nouvelle-Orléans.

Comme mentionné précédemment, créer oobleck est simple et facile. Mélangez une partie d'eau avec deux parties de fécule de maïs, ajoutez un peu de colorant alimentaire pour vous amuser, et vous obtenez Oobleck, qui se comporte comme un liquide ou un solide, selon la pression appliquée. Remuez-le lentement et régulièrement pendant qu'il est liquide. Frappez fort et il deviendra plus solide sous votre poing. C'est un exemple classique de fluides non newtoniens.

dans Liquide parfaitLa viscosité dépend en grande partie de la température et de la pression : l'eau continuera à s'écouler quelles que soient les autres forces agissant sur elle, comme l'agitation ou le mélange. Dans les fluides non newtoniens, la viscosité change en réponse à une pression ou une force de cisaillement appliquée, franchissant ainsi les limites entre le comportement des fluides et celui des solides. Déplacer une tasse d’eau produit une force de cisaillement et les cisailles à eau s’écartent. La viscosité reste inchangée. Mais pour les fluides non newtoniens tels que les fluides opaques, la viscosité change lorsqu'une force de cisaillement est appliquée.

Le ketchup, par exemple, est un fluide non newtonien très épais, ce qui explique en partie pourquoi frapper le fond de la bouteille ne fait pas sortir le ketchup plus rapidement ; L'application d'une force augmente la viscosité. Le yaourt, le bouillon, la barbotine et le pudding en sont d’autres exemples. Et Oobleck aussi. (Le nom vient du livre pour enfants du Dr Seuss de 1949, Barthélemy et Oobleck.) En revanche, la peinture anti-goutte présente un effet « fluidifiant au cisaillement », peut être facilement brossée mais devient plus visqueuse une fois appliquée sur le mur. L'année dernière, des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology Il a confirmé que La friction entre les particules était cruciale dans la transition du liquide au solide, déterminant le point tournant lorsque la friction atteint un certain niveau et que la viscosité augmente soudainement.

Wu travaille dans le laboratoire du scientifique des matériaux Yu (Jessica) Wang, qui a décidé d'essayer d'imiter le comportement d'épaississement par cisaillement de l'oobleck dans un matériau polymère. Les composants électroniques polymères flexibles sont généralement fabriqués en reliant des polymères conducteurs conjugués, longs et fins, comme des spaghettis. Mais ces matériaux se décomposeront quand même en réponse à des impacts particulièrement importants et/ou rapides.

Wu et Wang ont donc décidé de combiner les polymères de type spaghetti avec des molécules de polyaniline plus courtes et du polystyrène sulfonate poly (3,4-éthylènedioxythiophène), ou PEDOT: PSS, quatre polymères différents en tout. Deux des quatre ont une charge positive et deux une charge négative. Ils ont utilisé ce mélange pour fabriquer des films étirables puis en ont testé les propriétés mécaniques.

Les films se comportent un peu comme un oobleck, se déformant et s'étirant en réponse à l'impact plutôt que de se désintégrer. Wang a comparé la structure à un grand bol de spaghettis et de boulettes de viande, car les molécules chargées positivement n'aiment pas l'eau et s'assemblent donc en structures microscopiques ressemblant à des boules. Elle et Wu suggèrent que ces microstructures absorbent l’énergie de la collision et s’aplatissent sans se désintégrer. Il ne faut pas beaucoup de PEDOT:PSS pour obtenir cet effet : seulement 10 % suffisaient.

Des expériences supplémentaires ont identifié un additif plus efficace : des nanoparticules de 1,3-propandiamine chargées positivement. Ces particules peuvent affaiblir suffisamment les interactions polymères « boulettes de viande » pour pouvoir se déformer davantage en réponse aux impacts, tout en renforçant les interactions entre les longs polymères réticulés ressemblant à des spaghettis.

La prochaine étape consiste à appliquer leurs films polymères sur des appareils électroniques portables tels que des bracelets et des capteurs de montres intelligentes, ainsi que sur des appareils électroniques flexibles pour la surveillance de la santé. Le laboratoire de Wang a également expérimenté une nouvelle version du matériau qui serait compatible avec l'impression 3D, ouvrant ainsi davantage de possibilités. « Il existe un certain nombre d’applications potentielles et nous sommes impatients de voir où cette nouvelle propriété non conventionnelle nous mènera. » Wang a dit.