La mémoire de forme dans les réseaux hiérarchiques permet la manipulation de matériaux de morphing avec des résolutions à l’échelle microscopique


Matériel 2D

Crédit photo : domaine public CC0

Des chercheurs de l’Université de Tel-Aviv ont pour la première fois un certain nombre de propriétés physiques présentes dans les de microfibres polymères, notamment la « mémoire de forme ». Ces découvertes ouvrent les portes à une gamme d’applications technologiques et biologiques, de l’ingénierie tissulaire à la robotique.

L’étude a été menée par le Dr. Amit Sitt et l’étudiant diplômé Shiran Ziv Sharabani de la Raymond and Beverly Sackler School of Chemistry et du Roman Abramovich Center for Nanoscience and Nanotechnology. Il a été publié dans Matériaux fonctionnels avancés.

docteur Sitt explique : « Dans l’étude, nous avons créé des réseaux de microfibres polymères bidimensionnels qui sont sujets à des changements de forme induits par la température. Nous avons découvert pour la première fois que de tels réseaux épars réactifs présentent des propriétés de mémoire de forme, une propriété particulièrement étonnante à laquelle nous ne nous attendions pas compte tenu de leur faible densité.Les réseaux, constitués de fibres polymères sensibles à la température, sont contrôlés par les propriétés physiques de chaque Lorsque les conditions sont modifiées, les réseaux ont tendance à présenter l’une des deux voies comportementales lors du refroidissement – dans une voie, les fibres restent droites et le réseau conserve sa morphologie ordonnée, et dans l’autre voie, les fibres se plient et le réseau s’emmêle comme Spaghetti. La beauté est que ces deux voies comportementales présentent une mémoire de forme, et dès que le réseau est chauffé, il reprend son état d’origine, une morphologie ordonnée. Ce principe, démontré sur différents types de réseaux, offre une nouvelle façon de contrôler les modifications n sous forme de matériaux ; et apparemment même des changements mineurs dans la structure des fibres conduisent à un changement dramatique dans le comportement microscopique des réseaux. »

Les réseaux bidimensionnels présentés dans Dr. du laboratoire de Sitt, sont basés sur un polymère appelé PNIPAAm et sont fabriqués selon un procédé connu sous le nom de « filage à sec ». Cela tire les fibres de la solution de polymère liquide, durcissant et se solidifiant rapidement, tandis que l’évaporation rapide du solvant laisse le polymère sous forme de fibre mince. Ce processus peut produire des fibres d’un centième de largeur de cheveu et leur disposition spatiale ordonnée d’une manière similaire à l’impression tridimensionnelle, mais à une beaucoup plus petite.

docteur Sitt ajoute : « L’un des moyens les plus importants par lesquels les systèmes biologiques forment le mouvement et génèrent des forces consiste à exploiter des réseaux actifs composés de microfilaments minces qui peuvent changer de forme et de taille en réponse à des stimuli externes. De tels réseaux existent au niveau des cellules individuelles et sont impliqués dans une gamme de processus cellulaires et physiques. Par exemple, les muscles du corps humain sont basés sur des réseaux de fibres protéiques qui se contractent et se détendent lors de la stimulation neurale. Bien qu’ils utilisent un mécanisme nettement différent, nos systèmes purement synthétiques imitent ce comportement et nous pouvons maintenant modifier leur réponse et ouvrir la voie à la conception du comportement de morphing du matériau à micro-résolution. »

docteur Sitt et son équipe ont expliqué leurs résultats intéressants à l’aide d’un modèle de calcul simple. La doctorante Shiran Ziv Sharabani explique que son « modèle théorique est basé sur une compréhension fondamentale des systèmes de ressorts, qui sont des systèmes classiques bien connus. Nous avons pu décrire les deux voies comportementales que nous avons observées au laboratoire en termes de deux paramètres du système de ressort, et ce modèle nous a permis de montrer sans équivoque que les propriétés microscopiques d’un réseau sont étroitement liées à un certain nombre de facteurs géométriques, principalement le diamètre de la fibre, mais aussi la densité de l’ensemble du réseau.

« Quant aux applications des réseaux de polymères », ajoute le Dr. Sitt ajoute : « Vous pouvez entrer dans les domaines de la science-fiction, mais sur le plan pratique et dans un avenir proche, nous prévoyons d’utiliser des réseaux pour fabriquer des tissus et des structures tridimensionnelles qui changent de forme avec une résolution au micron, d’une manière qui est effectivement programmé dans la structure du matériau lui-même. Dans le même temps, nous travaillons sur l’utilisation de réseaux de changement de forme pour concevoir de minuscules muscles artificiels capables de modifier la focalisation des lentilles souples, de séparer les nanoparticules et les microparticules et de créer de minuscules pincettes pour effectuer une biopsie de cellules individuelles manipulées. « 

Ziv Sharabani conclut : « Les résultats de nos recherches peuvent être utilisés pour analyser et déterminer quelle boîte à outils est nécessaire pour de tels développements. » Le professeur Eli Flaxer de l’Afeka Engineering Academic College de Tel Aviv a également participé à l’étude de plus de trois ans , des étudiants, des étudiants chercheurs et un lycéen. Il ne fait aucun doute que les connaissances que nous avons acquises tout au long de la recherche sont innovantes et ont un grand potentiel technologique. »


Assemblage de particules virales pour former des modèles pour la croissance de polymères aux propriétés magnétiques


Plus d’information:
Shiran Ziv Sharabani et al, chaotique ou ordonné ? La mécanique multi-échelle dicte le changement de forme des réseaux 2D assemblés hiérarchiquement à partir de microfibres réactives, Matériaux fonctionnels avancés (2022). DOI : 10.1002/adfm.202111471

Fourni par l’Université de Tel-Aviv

citation: La mémoire de forme dans les réseaux hiérarchiques permet la manipulation de matériaux de morphing avec des résolutions à l’échelle microscopique (2022, 24 février), récupéré le 25 février 2022 sur https://phys.org/news/2022-02-memory-hierarchical-networks-morphing -materials . html

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