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Un travail collaboratif au sein du laboratoire Gulliver de l’ESPCI Paris – PSL, à la croisée entre la matière molle et la physique des ondes a permis de déterminer une nouvelle approche afin de concevoir des interrupteurs moléculaires. Il s’agit d’un pas important pour créer de nouveaux modes de fabrication et de régénération de matériaux et contrôler leurs propriétés de fracture. Le fruit de ce travail est publié dans la revue Science Advances.
Les liaisons covalentes ou supramoléculaires réversibles sont essentielles dans de nombreux domaines, notamment en science des matériaux et en biologie. Elles permettent aux systèmes de s’adapter et de réagir à divers stimuli externes. Traditionnellement, ces liaisons sont contrôlées par des méthodes thermiques, chimiques ou mécaniques (comme la traction). Cependant, ces méthodes présentent souvent des limites de réglage et peuvent potentiellement endommager les matériaux.
Dans cette étude, les chercheurs ont montré que toute formation de liaison supramoléculaire peut être supprimée par des oscillations mécaniques à l’échelle nanométrique au-dessus d’une fréquence d’oscillation critique. Cet effet d’interrupteur moléculaire résulte d’un mécanisme hors équilibre qui inverse la population des états liés et non liés d’une manière similaire à un pompage optique. Ils ont montré et confirmé par des simulations de dynamique moléculaire que cet effet peut être mis en œuvre dans des matériaux colloïdaux et polymères contenant des liaisons réversibles ou supramoléculaires.
Interrupteur supramoléculaire. Sous certains mouvements oscillatoires, un ligand peut ne plus se lier à un récepteur.
Les avantages de cette technique sont multiples. Tout d’abord, elle peut contribuer à réduire la fatigue mécanique des matériaux, ce qui est particulièrement utile à basse température où les matériaux sont plus fragiles. De plus, elle permet de moduler activement les propriétés des matériaux, comme induire des transitions entre états gel et fluide ou activer/désactiver des propriétés adhésives.
Cette recherche propose une avancée significative dans le contrôle des propriétés des matériaux, en utilisant une approche douce et contrôlable. Les applications potentielles sont vastes, allant de l’amélioration de la durabilité des matériaux à la conception de matériaux intelligents et adaptatifs.
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