Une protéine bioinspirée crée des matériaux stratifiés 2D extensibles
La nature crée des matériaux en couches, comme l'os et la nacre, qui deviennent moins sensibles aux défauts au fur et à mesure de leur croissance. Aujourd'hui, les chercheurs ont créé, à l'aide de protéines biomimétiques dessinées sur des dents annulaires de calmar, des matériaux composites en 2D en couches qui sont résistants à la rupture et extrêmement extensibles.
En utilisant des protéines biomimétiques dessinées sur des dents annulaires de calmar, les chercheurs ont créé des matériaux composites stratifiés en 2D qui sont résistants à la rupture et extrêmement extensibles.
Burcu Dursun, Penn State
"Les chercheurs ont rarement signalé cette propriété d'interface pour l'os et la nacre parce qu'elle était difficile à mesurer expérimentalement", a déclaré Melik Demirel, titulaire de la chaire Lloyd et Dorothy Foehr Huck en matériaux biomimétiques et directeur du Center for Advanced Fiber Technologies de Penn State.
Les matériaux composites en 2D sont constitués de couches d'épaisseur atomique d'un matériau dur, comme le graphène ou un MXène - généralement un carbure, un nitrure ou un carbonitrure de métal de transition - séparées par des couches de quelque chose qui colle les couches ensemble. Alors que les gros morceaux de graphène ou de MXenes ont des propriétés de masse, la force des composites 2D provient des propriétés interfaciales.
"Comme nous utilisons un matériau interfacial que nous pouvons modifier en répétant des séquences, nous pouvons ajuster les propriétés avec précision", explique M. Demirel. "Nous pouvons le rendre à la fois très souple et très solide".
Il a noté que les matériaux peuvent également avoir des régimes, ou propriétés, de conduction thermique uniques, diffusant la chaleur dans une direction plus fortement qu'à 90 degrés. Les résultats de ces travaux ont été publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Ce matériau serait formidable pour les semelles des chaussures de course", a déclaré Demirel. "Il pourrait refroidir le pied et la flexion répétée ne casserait pas la semelle".
Ces composites 2D pourraient être utilisés pour les cartes de circuits imprimés flexibles, les dispositifs portables et d'autres équipements qui nécessitent résistance et flexibilité.
Selon Demirel, la théorie traditionnelle du continuum n'explique pas pourquoi ces matériaux sont à la fois solides et flexibles, mais les simulations ont démontré que l'interface a son importance. Ce qui se passe apparemment, c'est qu'avec un pourcentage plus élevé du matériau composé de l'interface, l'interface se brise par endroits lorsque le matériau est soumis à des contraintes, mais le matériau dans son ensemble ne se brise pas.
"L'interface se brise, mais pas le matériau", a déclaré Demirel. "Nous nous attendions à ce qu'ils deviennent conformes, mais tout d'un coup, ils ne sont pas seulement conformes, mais super extensibles."
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