Des nœuds comme des ressorts ou des suspensions.
Si nous devions réduire au strict minimum Recherche Caltech utilisant des une image évocatriceon pourrait dire que la découverte récente dans le domaine des nouveaux matériaux est exactement cela : des structures composites par des nœuds microscopiques très fins – plus petits qu’un cheveu humain – sont plus résistants que leurs homologues non noués.
En effet, les nœuds qui les composent permettent aux matériaux d’absorber plus d’énergie et de se déformer davantageet revenir intacts à leur forme d’origine une fois que la contrainte cesse.
De nouveaux matériaux noués pourraient trouver des applications dans biomédecine et dans applications aérospatiales en raison de leur durabilité, de leur éventuelle biocompatibilité et de leur extrême déformabilité.
« La capacité à surmonter le compromis général entre la déformabilité des matériaux et la résistance à la traction (c’est-à-dire la capacité à être étiré sans se rompre) offre de nouveaux moyens de concevoir des dispositifs extrêmement flexibles, durables et capables de fonctionner dans des conditions extrêmes. », a déclaré Widianto P. Moestopo, un diplômé de Caltech qui effectue actuellement des recherches au Lawrence Livermore National Laboratory.
Moestopo est l’auteur principal de l’étude. Les nœuds ne sont pas inutiles : conception, propriétés et topologie de matériaux microarchitecturés hiérarchiquement entrelacés (ironiquement « Knots are useless : design, properties and topology of hierarchically interwoven microarchitectural materials » (Les nœuds sont inutiles : conception, propriétés et topologie des matériaux microarchitecturaux hiérarchiquement entrelacés)) publié dans Science Advances.
Moestopo a participé au développement du matériau dans le laboratoire de Julia R. Greer, un nom bien connu dans le domaine de la création de matériaux nano-architecturaux, c’est-à-dire de matériaux dont la structure est conçue et organisée à l’échelle nanométrique, et qui, par conséquent, peuvent être utilisés pour la fabrication d’autres matériaux. présentent des propriétés inhabituelles, souvent surprenantes.
« Se lancer dans la compréhension de la manière dont les nœuds affectent la réponse mécanique des matériaux micro-architecturaux était une idée nouvelle qui sortait des sentiers battus.a déclaré Greer. « Nous avions mené des recherches approfondies sur l’étude de la déformation mécanique de nombreux autres types de micro-tissus, tels que les treillis et les matériaux tissés. Le fait de nous aventurer dans le monde des nœuds nous a permis d’obtenir des informations plus approfondies sur le rôle du frottement et de la dissipation d’énergie, ce qui s’est avéré important. ».
Chaque nœud est environ 70 micromètres de haut et de large et chaque fibre a un rayon d’environ 1,7 micromètre (~ 1/100e du rayon d’un cheveu humain) ; c’est la première fois qu’un matériau composé de de nombreux nœuds à cette échelle et qui s’avère être le valeur potentielle de l’inclusion de ces nœuds à l’échelle nanométrique dans un matériau, par ex. pour la suture ou l’attache en biomédecine.
Les matériaux noués, qui ont été créés à partir de polymères, présentent une résistance à la traction supérieure à celle des matériaux noués. dépasse de loin les matériaux structurellement identiques et/ou tissés mais non noués.
Il est prouvé que les matériaux noués sont capables d’absorber la 92 % d’énergie en plus et de résister à une force de traction deux fois plus importante. avant de se rompre sous l’effet de la traction.
Les nœuds ont été fabriqués à l’état noué à l’aide de lithographie 3D avancée à haute résolution capable de produire des structures à l’échelle nanométrique.
Les échantillons décrits dans l’article de Science Advances contiennent des nœuds simples : un nœud avec une torsion supplémentaire qui fournit un frottement additionnel pour l’homme. absorber plus d’énergie lorsque le matériau est étiré.
À l’avenir, l’équipe prévoit d’explorer les matériaux fabriqués à partir de de nœuds plus complexes.
L’intérêt de Moestopo pour les nœuds est né des recherches qu’elle menait en 2020 dans le cadre des blocs COVID-19.
« Je suis tombé sur des travaux de chercheurs qui étudient la mécanique des nœuds physiques par opposition aux nœuds au sens purement mathématique. Je ne me considère pas comme un grimpeur, un marin ou un mathématicien, mais j’ai fait des nœuds toute ma vie, alors j’ai pensé que cela valait la peine d’essayer d’incorporer des nœuds dans mes créations. »
Si vous pensez qu’il s’agit des plus petits nœuds du monde, vous vous trompez : en 2017, des chimistes de l’Université de Sydney ont réussi à tisser un nœud d’… atomes !
Là encore, la recherche a ouvert diverses voies vers l’amélioration de la qualité de la vie. la création de nouveaux matériaux.
