Marie Rousseau Le développement d’un matériau léger à la fois solide et hautement ductile a été considéré comme un objectif recherché de longue day dans le domaine des matériaux de structure, mais ces propriétés s’excluent généralement mutuellement. Des chercheurs de la Metropolis College of Hong Kong (CityU) ont récemment découvert une méthode directe et peu coûteuse pour transformer les polymères imprimables en 3D couramment utilisés en micro-réseaux de carbone hybrides légers, extremely-résistants et biocompatibles, qui peuvent être de n’importe quelle forme ou taille, et sont 100 fois additionally fort que les polymères d’origine. y compris les stents coronaires et les bio-implants.
Les métamatériaux sont des matériaux conçus pour avoir des propriétés qui ne se trouvent pas dans les matériaux naturels. Les métamatériaux architecturés en 3D, tels que les micro-réseaux, combinent les avantages des principes de conception structurelle légère avec les propriétés intrinsèques de leurs matériaux constitutifs. La fabrication de ces micro-réseaux nécessite souvent des technologies de fabrication avancées. mais la gamme de matériaux disponibles pour l’impression 3D est encore assez limitée.
ce qui est surprenant », a déclaré le professeur Lu Yang du Département de génie mécanique (MNE) et du Département de science et génie des matériaux (MSE) de CityU, qui a dirigé la recherche.
Une nouvelle méthode pour augmenter la résistance sans compromettre la ductilité
Jusqu’à présent. un traitement thermique qui transforme l’ensemble des polymères en carbone ultra-résistant. Cependant, ce procédé prive le réseau polymère d’origine de presque toute sa déformabilité et produit un matériau extrêmement cassant, comme le verre. D’autres procédés pour augmenter la résistance des polymères aboutissent également typiquement à compromettre leur ductilité.
ce qui a entraîné une augmentation de 100 fois de la résistance et doublé la ductilité du matériau d’origine. Leurs découvertes ont été publiées dans la revue scientifique Subject sous le titre “Light-weight, Ultra-hard 3D Architected Hybrid Carbon Microlattices”.
Ils ont découvert qu’en contrôlant soigneusement la vitesse de chauffage, la température, la durée et l’environnement gazeux, il est probable d’améliorer simultanément la rigidité.
Grâce à diverses methods de caractérisation, l’équipe a découvert qu’une amélioration simultanée de la résistance et de la ductilité n’est feasible que lorsque les chaînes polymères sont “partiellement carbonisées” par chauffage lent, où une conversion incomplète des chaînes polymères en carbone pyrolytique se produit, produisant un matériau hybride dans lequel les deux des chaînes polymères faiblement réticulées et des fragments de carbone coexistent en synergie. Les fragments de carbone servent d’agents de renforcement qui renforcent le matériau, tandis que les chaînes polymères limitent la rupture du composite.
/fragments de carbone est également essential pour obtenir une résistance et une ductilité optimales. S’il y a trop de fragments de carbone, le matériau devient cassant et s’il y en a trop peu, le matériau manque de résistance. Au cours des expériences, l’équipe a réussi à créer un réseau polymère carbonisé de manière optimale qui était plus de 100 fois moreover résistant et as well as de deux fois moreover ductile que le réseau polymère d’origine.
Avantages au-delà de l’amélioration des propriétés mécaniques
Grâce à des expériences de surveillance de la cytotoxicité et du comportement cellulaire, ils ont prouvé que les cellules cultivées sur les micro-réseaux hybrides de carbone étaient moreover viables que les cellules ensemencées sur les micro-réseaux polymères. La biocompatibilité accrue des réseaux de carbone hybride implique que les avantages de la carbonisation partielle peuvent aller au-delà de l’amélioration des performances mécaniques et potentiellement améliorer également d’autres fonctionnalités.
“Notre travail fournit une voie peu coûteuse, easy et évolutive pour fabriquer des métamatériaux mécaniques légers, solides et ductiles avec pratiquement n’importe quelle géométrie”, a déclaré le professeur Lu., telles que les implants biomédicaux, mécaniquement échafaudages robustes pour micro-robots, dispositifs de récupération et de stockage d’énergie.
Le professeur Lu est l’auteur correspondant et le Dr James Utama Surjadi, postdoc dans son groupe, est le leading auteur de l’article. Les collaborateurs incluent le professeur Wang Zuankai, professeur titulaire au département MNE, et le Dr Raymond Lam Hiu-wai, directeur associé et professeur associé au département de génie biomédical de CityU.
La recherche a été soutenue par CityU, l’Institut d’études avancées de Hong Kong, le Comité d’innovation scientifique et technologique de Shenzhen et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.
Vidéo : https://youtu.be/jzcfAhgjRzc
