Un matériau élastique imperméable aux gaz et aux liquides

Une équipe de chercheurs a mis au point un nouveau matériau non seulement élastique, mais également imperméable aux gaz et aux liquides, qui pourrait être utilisé pour fabriquer des batteries flexibles ou des appareils électroniques portables.

L’alliage EGaIn

La conception de nouveaux matériaux implique souvent des compromis. Alors que ceux visant à empêcher l’infiltration de gaz ou de liquide se révèlent habituellement durs et rigides, des chercheurs de l’université de Caroline du Nord ont mis au point un matériau souple conservant une telle propriété, grâce à un alliage de gallium et d’indium baptisé EGaIn. Normalement solides à température ambiante, ces deux métaux deviennent « eutectiques » lorsqu’ils sont mélangés : leur point de fusion baisse, les rendant liquides.

Pour obtenir le matériau, l’équipe a encapsulé une fine couche d’EGaIn dans un polymère élastique, constitué de minuscules billes de verre empêchant l’accumulation de métal. Décrit comme un « polymère extensible et flexible doté d’un coeur métallique liquide », celui-ci a démontré son efficacité au cours de différentes expériences.

Les scientifiques américains ont dans un premier temps mesuré la propension de l’alliage métallique liquide à s’évaporer ainsi que celle de l’oxygène à s’échapper d’un récipient scellé fabriqué à partir du nouveau matériau. Dans les deux cas, aucune perte de liquide ou de gaz n’a été observée.

Une seconde série d’expériences a impliqué l’utilisation du polymère en tant que joint hermétique dans différents dispositifs électroniques souples. Ayant largement contribué au maintien de la capacité d’une batterie lithium-ion flexible sur 500 cycles, celui-ci a également permis d’augmenter la conductivité thermique d’un système de transfert de chaleur (utilisé dans l’électronique). L’ajout d’une fenêtre de transmission de signaux a montré qu’il pouvait également permettre le passage de communications sans fil.

Un vaste éventail d’applications potentielles

Ces résultats ouvrent la voie à l’utilisation de ce matériau flexible et non perméable dans différents types d’appareils électroniques.

« Les batteries flexibles utilisées avec l’électronique souple sont une application évidente, mais d’autres dispositifs qui utilisent des liquides ou sont sensibles à l’oxygène en bénéficieraient également », soulignent les auteurs de la nouvelle étude, publiée dans la revue Science.

Si les métaux utilisés se révèlent assez chers, les chercheurs estiment qu’il serait possible de réduire le coût du matériau sans sacrifier ses propriétés, en utilisant par exemple une couche d’EGaIn encore plus fine.

Par Yann Contegat, le 10 février 2023