Un nouveau matériau plus solide et plus léger que l'acier

Le réputé Massachusetts Institute of Technology (MIT) a développé en 2017 un matériau plus léger que le plastique, mais aussi plus résistant que l’acier : le 2DPA-1. Ce dernier pourrait être utilisé de nombreuses applications, que ce soit comme revêtement pour des pièces de voiture ou des smartphones, ou même dans la construction de bâtiments et d’infrastructures d’envergure comme des ponts.

Researchers design one of the strongest, lightest materials known

A team of researchers at MIT has developed one of the strongest lightweight materials known, by compressing to fuse flakes of the two-dimensional form of carbon known as graphene. The new material, a sponge-like configuration with a density of just 5 percent, can have a strength as much of 10 times that of steel.

https://news.mit.edu/2017/3-d-graphene-strongest-lightest-materials-0106

• Une conception innovante d'un nouveau polymère

Les plastiques, aussi nommés polymères, sont constitués de chaînes de blocs élémentaires : les monomères. Ces derniers se superposent pour former une structure en « spaghetti » en ajoutant de nouvelles molécules aux extrémités de chaque chaîne.

Mais il y a quelques années, des chercheurs se sont intéressés à une hypothèse selon laquelle il serait possible de développer les polymères en feuilles. La découverte du nouveau matériau 2DPA-1 est ainsi le résultat d’une étude du MIT, désormais publiée dans la revue Nature. Les scientifiques ont démontré que la polymérisation en spaghetti des molécules pouvait être contournée et stabilisée pour permettre un auto-assemblage en feuilles. Avec ce procédé, il est donc possible de concevoir ce nouveau polymère 2DPA-1 à structure bidimensionnelle.

La majorité des polymères possédait jusqu’alors un assemblage unidimensionnel.

Le MIT a développé un matériau plus léger que le plastique et plus résistant que l’acier

La polymérisation sur deux dimensions. Les chercheurs avaient fini par penser que ce n’était pas possible. Mais grâce à un nouveau procédé, une équipe du MIT y est parvenue. Avec pour résultat un...

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-mit-developpe-materiau-plus-leger-plastique-plus-resistant-acier-16203/

Irreversible synthesis of an ultrastrong two-dimensional polymeric material - Nature

The solution-phase irreversible synthesis of a two-dimensional polymer with excellent elastic modulus and yield strength is reported.

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04296-3

• Un matériau plastique plus résistant que l'acier

Du fait de sa structure et du procédé innovants, le 2DPA-1 serait ainsi une matière beaucoup plus légère, mais surtout beaucoup plus solide. Les physiciens du MIT ont en effet trouvé un moyen de faire croître les monomères en deux dimensions. Ils forment ainsi des disques s’empilant les uns sur les autres. L'ensemble est ensuite maintenu par des liaisons hydrogène, ce qui confère à l’ensemble une structure stable et solide. D'après les scientifiques de l'étude, la limite d'élasticité du matériau serait ainsi le double de celle de l'acier pour un sixième seulement de sa densité.

Il faut cependant souligner que le processus de conception du 2DPA-1 est plus délicat et compliqué à appliquer. En effet, les chercheurs ont remarqué que si un seul monomère sort du plan de la feuille, en se tournant vers le haut ou le bas puis en se collant à celui sous-jacent, le matériau se dilate en trois dimensions. On perd alors cette structure en feuilles qui offre toute sa solidité au matériau.

Un nouveau matériau ultraléger plus solide que l'acier conçu au MIT

Des chercheurs du MIT ont conçu un nouveau matériau plus résistant que l'acier et aussi léger que le plastique. Ils ont pour cela mis au point un processus de polymérisation qui assemble les molécules en feuilles bidimensionnelles.

https://trustmyscience.com/nouveau-materiau-ultraleger-plus-solide-que-acier-mit/

Le polymère 2DPA-1 a beaucoup de qualités : élasticité, robustesse, légèreté ou finesse. Mais sa force réside dans la facilité à produire ce matériau en grande quantité, et pour de nombreux usages. On peut en effet aisément enduire par centrifugation des films minces extraordinairement résistants. Cela ouvre alors la porte à du revêtement de surface avec des films du matériau !

Le 2DPA-1 peut par exemple servir de revêtements composites d’emballage ou de protection, pour des smartphones et d’autres objets technologiques par exemple.

De plus, ce nouveau polymère est imperméable aux gaz et à l’eau, contrairement aux autres plastiques. Ces derniers, avec l'enroulement classique de leurs chaînes polymères, ont des espaces par lesquels les gaz peuvent s'infiltrer, contrairement à la structure étroitement imbriquée comme des pièces de Lego du 2DPA-1.

Cette caractéristique pourrait ainsi permettre à ce nouveau polymère de protéger les surfaces métalliques des voitures et autres véhicules, ou même sur des structures plus importantes en acier. Des applications dans l’automobile sont donc envisagées, mais également dans la construction de bâtiments ou d’infrastructures plus importantes, comme nous l’évoquions en introduction. Ce plastique pourrait dans ce dernier cas servir à protéger l’acier des intempéries et de certaines conditions. Cela permettrait d’améliorer la durabilité et la résistance des autres matériaux et métaux.

La découverte du 2DPA-1 date de seulement 2017 et n’est pas encore entré en phase de commercialisation à large échelle. Aujourd’hui, il est difficile d’en connaître les faiblesses comme les limites, tout comme sa recyclabilité réelle.

Comme énoncé précédemment, il serait possible de le produire en grande quantité, mais il faut cependant bien régler les procédés d’application. Dans un premier temps, on peut penser que ce nouveau polymère fera partie d’un nouvel arsenal de revêtement pour des pièces automobiles par exemple.

S’il se généralise, il sera peut-être nécessaire aux professionnels de la carrosserie de se former, notamment pour la réparation des objets métalliques avec revêtement 2DPA-1.