Introduire l’automatisation dans les matériaux
Un nouveau livre électronique aborde les avancées réalisées dans la technologie des LCE grâce au soutien du projet APRA, financé par l’UE. Rédigé par Eugene M. Terentjev, professeur de physique des polymères à l’Université de Cambridge, hôte du projet APRA, ce livre électronique apporte un éclairage sur ces plastiques intelligents et plus particulièrement sur la manière dont les LCE introduisent l’automatisation dans les matériaux.
En quoi consistent exactement les LCE?
Les LCE sont des réseaux caoutchouteux de polymères capables de changer de forme de manière réversible en réponse à différents stimuli. Le livre électronique les décrit comme «une nouvelle classe de matériaux dotés d’une intelligence physique». Il poursuit: «Il s’agit de plastiques qui sentent et répondent à leur environnement, en prenant des décisions, en analysant et en diagnostiquant les problèmes sans intervention humaine. Les élastomères à cristaux liquides constituent véritablement le matériau du futur». Les matériaux polymères multifonctionnels développés dans le cadre du projet APRA sont recyclables et retraitables. Une propriété unique des LCE décrite dans le livre électronique est l’élasticité souple, «qui combine les propriétés de dissipation d’un liquide à la résistance mécanique d’une résine thermodurcissable pour produire des niveaux d’amortissement des vibrations bien supérieurs aux technologies de premier plan basées sur le polyuréthane ou le silicone». Les LCE présentent également une solide adhésion sensible à la pression (ASP), en se montrant collants au contact et en s’attachant à la plupart des surfaces. Dans le cadre d’APRA, l’Université de Cambridge collabore avec la société dérivée technologique Cambridge Smart Plastics afin de développer un nouveau concept utilisant des LCE à adhésion réversible, décrit comme étant «aussi simple qu’une main qui serre et relâche sur demande». Ils ont créé un caoutchouc naturellement collant dont les propriétés changent sous l’effet de la chaleur, qui facilite son détachement. Lorsqu’il refroidit, le caoutchouc redevient collant, donnant à cet «adhésif véritablement réutilisable» une deuxième vie. Une autre propriété incroyable des LCE est leur capacité à se contracter et à se dilater de manière réversible sous l’effet de la chaleur ou du froid. «Si le matériau est programmé pour prendre une forme donnée lorsqu’il est aligné, cela deviendra sa forme naturelle. Toutefois, le réchauffement du matériau entraînera une contraction de 100 à 200 %, qui est entièrement réversible (le LCE retrouvant sa forme naturelle lorsqu’il est refroidi). Cet actionnement mécanique nous permet de concevoir des actionneurs, des muscles artificiels, ou un moteur LCE fonctionnant sur une différence de température entre deux contenants.» Une récente avancée réalisée par les chercheurs les a aidés à surmonter les anciens obstacles au recours à l’actionnement LCE dans les dispositifs pratiques. Il s’agit du développement de vitrimères LCE. «Les vitrimères sont bien plus stables que d’autres réseaux d’élastomères transitoires, mais permettent toutefois le remodelage thermique (rendant le matériau entièrement renouvelable). Il est dès lors possible de créer des formes complexes avec un alignement local compliqué (ce qui est impossible dans des élastomères traditionnels permanents)», selon le livre électronique. Ces propriétés ouvrent la voie à tout un éventail d’applications LCE: des coussinets d’isolation sonore, des dispositifs qui amortissent les vibrations de la route pour améliorer la précision de la détection et de l’estimation de la distance par la lumière (LIDAR) ainsi que le confort des passagers, des bandes adhésives entièrement réversibles qui «éliminent la nature à “usage unique” des adhésifs actuels», des panneaux solaires de trackers solaires et des moteurs convertissant la chaleur résiduelle en travail utile. Le projet APRA (Active Polymers for Renewable Functional Actuators), d’une durée de cinq ans, prendra fin en septembre 2023. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet APRA
Mots‑clés
APRA, élastomère à cristaux liquides, polymère, plastiques, élasticité, adhésion, automatisation, caoutchouc, vitrimère
