Gels ioniques forts et autoréparants

Des scientifiques de l'Université nationale de Yokohama et de l'Université de Tokyo au Japon ont conçu un gel ionique doté d'une excellente ténacité et d'une capacité d'auto-guérison à température ambiante sans aucun déclencheur externe ni changement détectable dans l'environnement, tel que la lumière ou la température. Cette nouvelle catégorie de matériaux offre un potentiel prometteur pour la construction d’appareils électroniques flexibles.

Les gels ioniques ont beaucoup attiré l'attention en raison de leurs propriétés uniques, notamment une faible tendance à s'évaporer à la température ambiante, une stabilité thermique élevée et une conductivité ionique élevée. Les chercheurs ont démontré un gel ionique qui guérit rapidement sans aucun stimulus externe à la température ambiante. Ils démontrent également l'excellente ténacité du matériau résultant de multiples liaisons hydrogène dans le matériau.

"Les appareils électroniques portables devraient être étirés et pliés plusieurs fois au cours de leur utilisation quotidienne", a déclaré Ryota Tamate, auteur correspondant et chercheur postdoctoral de la JSPS à la Graduate School of Engineering de l'Université nationale de Yokohama. "Si le gel ionique utilisé dans le dispositif portable a une propriété d'auto-guérison, il peut réparer les fissures et les dommages lors des étirements et des flexions répétés et améliorer la durabilité du dispositif."

L’étude, publiée dans Matériaux avancés en juillet 2018, décrit un type spécifique de gel polymère, appelé gel ionique, qui est rempli de sels sous forme liquide ou de liquides ioniques. Ce gel ionique a été créé en combinant deux matériaux, ou "blocs": l'un est repoussé par les liquides ioniques tandis que l'autre se lie à l'hydrogène. Ensemble, ils forment ce qu'on appelle un copolymère dibloc. La combinaison des sels liquides et du copolymère dibloc a donné une structure micellaire finale responsable de toutes les qualités souhaitables du matériau. Le bloc qui est repoussé par les liquides ioniques constitue le noyau, tandis que l'extérieur est composé de chaînes qui interagissent les unes avec les autres via plusieurs liaisons hydrogène.

Cette étude est la première démonstration que l'introduction de la liaison hydrogène dans les gels ioniques peut entraîner la résistance du matériau ainsi que sa capacité à s'auto-soigner à la température ambiante.

"Le processus d'auto-guérison de ce gel ionique peut être achevé aussi rapidement qu'en quelques heures", a déclaré Tamate.

"La liaison hydrogène est réversible et, par conséquent, il s’agit d’une interaction prometteuse qui contribue à la capacité du matériau à se guérir d'elle-même en raison de son caractère réversible. Dans cette étude, en ajustant la force de liaison hydrogène des chaînes polymères Nous avons également démontré que la structure micellaire formée par le copolymère dibloc améliorait de manière significative la résistance physique et l’autonomie du gel ionique ", at-il ajouté.

Bien que plusieurs types de gels ioniques résistants aient été rapportés jusqu'à présent, les auteurs écrivent qu'atteindre à la fois la capacité d'auto-guérison et une ténacité élevée reste un grand défi. Ils ont également signalé que les propriétés mécaniques et électrochimiques de leur gel étaient similaires à celles d'un gel ionique par ailleurs inchangé ou inchangé. La capacité autonome du matériau, le fait qu'il puisse s'auto-soigner à la température ambiante et qu'il soit facilement traité en solution en font un électrolyte solide prometteur pour les applications futures dans le domaine de l'électronique flexible – en particulier pour créer de l'électronique à auto-guérison .

Selon Tamate, "pour les applications de dispositifs, la durabilité du gel ionique dans diverses conditions physiques contraignantes devrait être étudiée quantitativement. En outre, comme le copolymère dibloc actuel tend à absorber l'humidité de l'air, nous souhaitons rechercher d'autres interactions entre les structures composées. de plusieurs molécules stables dans une atmosphère ouverte pendant une longue période. En outre, comme les propriétés physiques des liquides ioniques peuvent être largement réglées par la sélection de cations et d’anions, la combinaison de différents liquides ioniques sera étudiée. "

En fin de compte, les auteurs souhaiteraient développer de nouveaux gels ioniques fonctionnels pouvant être utilisés pour créer de nouveaux dispositifs flexibles et donc portables.

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L'isolateur devient conducteur en appuyant sur un bouton

Plus d'information:
Ryota Tamate et al, Gels d’ions micellaires à guérison automatique basés sur des liaisons multiples à l’hydrogène, Matériaux avancés (2018). DOI: 10.1002 / adma.201802792