Une percée moléculaire augmente la durabilité des plastiques

Publié par le personnel | 30 août 2023

Le plastique se dilate et se contracte généralement lorsqu’il est exposé à plusieurs reprises à des températures chaudes et froides, ce qui affecte sa durabilité dans diverses applications. Les additifs peuvent atténuer ce problème, mais la plupart des produits combinent différents matériaux, et la gestion des charges pour compenser le décalage de dilatation thermique devient compliquée. Les chercheurs des Sandia National Laboratories ont peut-être une solution : tout commence au niveau moléculaire.

L’équipe a modifié une molécule afin qu’elle puisse facilement être incorporée dans un polymère pour modifier ses propriétés. Lorsque la molécule est chauffée, elle se contracte au lieu de se dilater en modifiant sa forme, a expliqué Erica Redline, responsable de l'équipe de recherche et spécialiste des matériaux.

«Lorsque [la molécule est] ajoutée à un polymère, ce polymère se contracte moins, atteignant des valeurs d'expansion et de contraction similaires à celles des métaux. Avoir une molécule qui se comporte comme un métal est assez remarquable », a déclaré Redline.

L’un des principaux facteurs de détérioration des matériaux est l’exposition répétée du chaud au froid et inversement. La plupart des matériaux se dilatent lorsqu'ils sont chauffés et se contractent lorsqu'ils sont refroidis, mais chaque matériau a son propre taux de variation. Les polymères, par exemple, se dilatent et se contractent le plus, tandis que les métaux et les céramiques se contractent le moins.

Des complications surviennent lorsque plusieurs matériaux sont utilisés dans un produit, comme c'est souvent le cas.

"Prenons par exemple votre téléphone, qui possède un boîtier en plastique, couplé à un écran en verre, et à l'intérieur, les métaux et la céramique qui composent les circuits", a déclaré Redline. "Ces matériaux sont tous vissés, collés ou liés d'une manière ou d'une autre et commenceront à se dilater et à se contracter à des rythmes différents, s'exerçant les uns sur les autres, ce qui peut les faire se fissurer ou se déformer avec le temps."

«Je me suis demandé : et si j'évoquais un matériau parfait. À quoi cela ressemblerait-il », a déclaré Redline.

Redline pense qu'elle l'a fait, avec l'aide de son équipe : Chad Staiger, Jason Dugger, Eric Nagel, Koushik Ghosh, Jeff Foster, Kenneth Lyons, Alana Yoon et les collaborateurs de l'alliance académique, le professeur Zachariah Page et l'étudiante diplômée Meghan Kiker.

"La molécule non seulement résout les problèmes actuels, mais ouvre considérablement un espace de conception pour davantage d'innovations à l'avenir", a déclaré Dugger, un ingénieur chimiste de Sandia qui étudie des applications potentielles, notamment dans les systèmes de défense.

L'invention peut également être incorporée dans différentes parties d'un polymère à différents pourcentages pour l'impression 3D.

"Vous pouvez imprimer une structure avec certains comportements thermiques dans une zone et d'autres comportements thermiques dans une autre pour faire correspondre les matériaux dans différentes parties de l'article", a déclaré Dugger.

La molécule présente également un potentiel dans les applications d’allègement et les formulations adhésives.

Actuellement, la molécule n’est produite qu’en petites quantités : il faut environ 10 jours pour fabriquer entre 7 et 10 grammes.

L'équipe s'efforce de réduire les étapes de production grâce à un financement de 100 000 $ dans le cadre du programme de maturation technologique de Sandia, qui aide à préparer les produits pour le marché.

"Mon rôle est de voir s'il existe un moyen plus simple d'y parvenir à un niveau commercial", a déclaré le postdoctorant Eric Nagel. « Il n’y a rien de tel là-bas. Je suis vraiment enthousiasmé par les possibilités de ce que cette technologie peut faire et par les applications qui pourraient y être associées.

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