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Des ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology ont dévoilé un nouveau matériau durable aux propriétés étonnantes, mis au point grâce à un procédé que l’on croyait auparavant irréalisable.

Une conception innovante

Matériaux versatiles comprenant les plastiques, les polymères s’apparentent à des fils ondulés (qui son en fait des chaînes unidimensionnelles d’unités appelées monomères) lorsqu’ils sont observés au microscope, mais peuvent être transformés en formes tridimensionnelles via des méthodes de fabrication telles que le moulage par injection.

Cependant, lier les polymères entre eux pour former des feuilles bidimensionnelles se révèle ardu. Si certaines équipes y sont parvenues, les matériaux obtenus présentent des défauts qui diminuent leur résistance ou d’autres propriétés souhaitables.

Pour ces travaux publiés dans la revue Nature, les scientifiques du MIT ont utilisé un procédé permettant aux polymères de former des feuilles bidimensionnelles tout en conservant leur résistance. L’équipe a commencé par utiliser la mélamine comme monomère, dont la structure est constituée d’anneaux de carbone et d’azote. Dans un environnement adéquat, ces molécules se développent latéralement en forme de disques, qui s’empilent ensuite les uns sur les autres, les liaisons hydrogène maintenant les couches ensemble.

Le nouveau matériau vu au microscope optique (en bas) et au microscope électronique (en haut) — © Stefano Veronesi

« Au lieu de fabriquer une molécule en forme de spaghetti, nous pouvons fabriquer un plan moléculaire en forme de feuille, où les molécules s’accrochent les unes aux autres de façon bidimensionnelle », explique Michael Strano, auteur principal de l’étude. « Ce mécanisme se produit spontanément dans la solution, et après avoir synthétisé le matériau, nous pouvons facilement produire des films minces extraordinairement solides par centrifugation. »

Des propriétés uniques

Baptisé 2DPA-1, le matériau obtenu présente quelques propriétés impressionnantes. Bien qu’il soit extrêmement fin et léger, sa limite d’élasticité s’avère deux fois supérieure à celle de l’acier, tandis qu’une force jusqu’à six fois supérieure à celle devant être appliquée à un verre pare-balles est nécessaire pour le déformer. Pour ne rien gâcher, celui-ci se révèle également totalement imperméable aux gaz et aux liquides.

Grâce à ces caractéristiques, 2DPA-1 pourrait constituer un revêtement léger, durable et étanche pour les véhicules, les appareils électroniques comme les smartphones, ou même être utilisé comme matériau de construction. L’équipe soulignant par ailleurs que la méthode de production est flexible, et pourrait être ajustée afin de fabriquer d’autres types de matériaux.

« Nous n’avons pas l’habitude de penser aux plastiques comme étant quelque chose que nous pourrions utiliser pour soutenir un bâtiment, mais avec un tel matériau, vous pouvez vous permettre de nouvelles choses », estime Strano. « Il a des propriétés très inhabituelles et nous sommes très enthousiastes à ce sujet. »

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