Une technique révolutionnaire accélère la fabrication de technologies intelligentes près de 600 fois

Une technique révolutionnaire accélère la fabrication de technologies intelligentes près de 600 fois

Fabrication d’une structure vascularisée à l’aide d’un gabarit imprimé en 3D qui imite les réseaux vasculaires d’une feuille. Crédit : Mayank Garg

Les chercheurs ont mis au point une nouvelle technique de polymérisation pour simultanément durcir et vasculariser des matériaux haute performance en quelques minutes au lieu de plusieurs jours, selon un nouvel article publié dans Communication Nature.

La technique s’inspire de systèmes biologiques tels que les vaisseaux sanguins humains ou les feuilles d’une plante. En créant des microcanaux à l’intérieur des polymères structuraux et des composites, les scientifiques peuvent conférer des propriétés multifonctionnelles à la structure hôte, des fonctionnalités « intelligentes » telles que l’auto-guérison et la régulation thermique. Seulement maintenant, ils peuvent le faire presque 600 fois plus vite qu’avant.

La percée raccourcit le cycle de fabrication, de deux jours de traitement sous vide à haute température à cinq minutes à température ambiante et pression ambiante, sans aucune ressource comme des fours ou des pompes.

Le professeur adjoint de la CSU, Mostafa Yourdkhani, était co-auteur de l’article, avec plusieurs chercheurs de l’Institut Beckman pour la science et la technologie avancées. Avant de rejoindre la CSU, Yourdkhani était associé de recherche postdoctorale à l’Institut Beckman.

La chimie et l’ingénierie se rencontrent

La découverte s’est faite par hasard.

L’équipe de recherche avait travaillé sur deux projets distincts pour les systèmes de matériaux, testant deux hypothèses distinctes. Un projet a examiné comment fabriquer rapidement des composites, l’autre comment transformer des matériaux polymères en substances volatiles en réponse à des déclencheurs.

Alors que l’équipe observait le comportement des systèmes matériels, elle a commencé à envisager d’intégrer les deux projets en un seul. Pourraient-ils combiner les idées pour créer une nouvelle approche de fabrication ?





La création simultanée de réseaux vasculaires bioinspirés au sein de polymères et de composites permet le transport de fluides fonctionnels au sein de la structure hôte. Crédit : Mayank Garg

L’autoroute vasculaire

Imaginez les vaisseaux dans votre corps ou dans les plantes. Ils transportent des fluides d’un point à un autre, effectuant des actions telles que l’apport de nutriments, la régulation de la température ou la cicatrisation d’une plaie.

Imaginez maintenant une structure inorganique, comme un avion, avec la capacité d’imiter ces actions. L’avion pourrait réguler sa température ou se guérir en cas de dommages structurels. Le processus n’est pas facile, mais il est possible.

La création de matériaux vasculaires a toujours été un processus difficile. Au-delà des exigences de temps et de chaleur, l’opération en deux étapes impliquait le durcissement des matériaux hôtes, puis la vaporisation d’un gabarit sacrificiel pour laisser des canaux creux. Plus le canal était compliqué, plus le processus prenait du temps.

“Chacun des systèmes matériels utilisés dans cette idée est unique et perturbateur”, a déclaré Yourdkhani. « D’une part, nous avons une résine qui produit de la chaleur pour une synthèse rapide au lieu de nécessiter des heures de chauffage externe. D’autre part, nous avons un polymère solide qui se transforme en volatiles lorsqu’il est chauffé au lieu d’être fondu.

Yourdkhani dit que la beauté du travail est de voir comment la combinaison de ces deux matériaux peut créer des architectures internes dans des pièces structurelles rapidement et sans ressources coûteuses.

La découverte de la polymérisation frontale résout ce défi. La chaleur créée en interne solidifie l’hôte tout en déconstruisant le modèle en gaz, laissant derrière lui un réseau vasculaire. La combinaison des deux étapes en une seule élimine le besoin d’un four et offre un meilleur contrôle aux ingénieurs et aux scientifiques pour explorer des fonctions biologiques avancées et des systèmes plus complexes.

Un coup de pouce pour la technologie intelligente

La découverte ouvre un nouvel avenir pour une technologie intelligente efficace, ayant un impact sur les secteurs de l’aérospatiale, de l’éolien et de l’automobile. Ces industries utilisent de plus en plus des matériaux composites dans les pièces structurelles en raison de leur faible densité, de leurs excellentes propriétés mécaniques et de leur résistance à la corrosion.

Cependant, les composites sont sujets à des dommages internes qui ne sont pas faciles à détecter. L’utilisation de structures vascularisées permet de fournir des fluides bénéfiques au site endommagé pour la guérison. Ces caractéristiques d’auto-guérison amélioreront la fiabilité et la longévité des composites structuraux.

“La synergie de la chimie et de l’ingénierie peut conduire à des processus de conception intéressants et révolutionnaires”, a déclaré Yourdkhani. “Ça a marché.”


Les scientifiques découvrent un moyen plus rapide de fabriquer des matériaux vasculaires


Plus d’information:
Mayank Garg et al, Fabrication synchronisée rapide de thermodurcissables et composites vascularisés, Communication Nature (2021). DOI : 10.1038/s41467-021-23054-7

Fourni par l’Université d’État du Colorado

Citation: Une technique révolutionnaire accélère la fabrication de technologies intelligentes près de 600 fois (2021, 21 juillet) récupéré le 21 juillet 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-07-breakthrough-technique-smart-tech.html

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