Les scientifiques développent de nouveaux matériaux qui réagissent à la lumière

Anonim

Des chercheurs de la faculté d'ingénierie de l'université Tufts ont mis au point des composites élastomériques magnétiques qui se déplacent de différentes manières lorsqu'ils sont exposés à la lumière, ce qui laisse entrevoir une large gamme de produits simples à effectuer, des minuscules moteurs aux vannes solaires. qui se plient vers la lumière du soleil. La recherche est décrite dans un article publié aujourd'hui dans les Actes de l'Académie nationale des sciences.

En biologie, il existe de nombreux exemples où la lumière induit un mouvement ou un changement - pensez aux fleurs et aux feuilles qui se tournent vers la lumière du soleil. Les matériaux actionnés par la lumière créés dans cette étude sont basés sur le principe de la température de Curie, la température au-dessus de laquelle certains matériaux vont modifier leurs propriétés magnétiques. En chauffant et en refroidissant un matériau magnétique, on peut éteindre et rallumer son magnétisme. Les biopolymères et les élastomères dopés avec du CrO2 ferromagnétique chauffent lorsqu'ils sont exposés au laser ou à la lumière du soleil, perdant temporairement leurs propriétés magnétiques jusqu'à ce qu'ils se refroidissent à nouveau. Les mouvements de base du matériau, façonnés en films, éponges et hydrogels, sont induits par des électro-aimants permanents ou à proximité et peuvent présenter une flexion, une torsion et une dilatation.

"Nous pourrions combiner ces mouvements simples à des mouvements plus complexes, comme ramper, marcher ou nager", a déclaré Fiorenzo Omenetto, Ph.D., auteur correspondant de l’étude et professeur de génie Frank C. Doble à la faculté de génie de Touffes "Et ces mouvements peuvent être déclenchés et contrôlés sans fil, en utilisant la lumière."

L'équipe d'Omenetto a démontré certains de ces mouvements complexes en construisant des pinces souples qui capturent et libèrent des objets en réponse à un éclairage léger. "L'un des avantages de ces matériaux est que nous pouvons activer sélectivement des parties d'une structure et les contrôler en utilisant une lumière localisée ou concentrée", a déclaré Meng Li, le premier auteur du document. "Contrairement à d'autres matériaux à base de cristaux liquides, ces matériaux peuvent être conçus pour se déplacer soit vers la lumière, soit loin de la direction de la lumière. Toutes ces caractéristiques s’ajoutent à la capacité de faire des objets petits et grands avec des mouvements complexes et coordonnés. "

Pour démontrer cette polyvalence, les chercheurs ont construit un simple "moteur Curie". Un film actionné par la lumière a été formé dans un anneau et monté sur un piquet d'aiguille. Placé près d'un aimant permanent, lorsqu'un laser était focalisé sur un point fixe de l'anneau, il démagnétise localement cette partie de l'anneau, créant une force nette déséquilibrée qui fait tourner l'anneau. À mesure qu'il tourne, le point démagnétisé retrouve son aimantation et un nouveau point est éclairé et démagnétisé, entraînant une rotation continue du moteur.

Les matériaux utilisés pour créer les matériaux actionnés par la lumière comprennent le polydiméthylsoloxane (PDMS), un élastomère transparent largement utilisé, souvent formé en films souples, et la fibroïne de soie, matériau biocompatible polyvalent avec d'excellentes propriétés optiques pouvant être façonnées dans une large gamme de formes - des films aux gels, fils, blocs et éponges.

"Avec des modèles de matériaux supplémentaires, des motifs légers et un contrôle du champ magnétique, nous pourrions théoriquement réaliser des mouvements encore plus compliqués et précis, tels que le pliage et le dépliage, la commutation de valves microfluidiques, les moteurs de taille micro et nanométrique", a déclaré Omenetto.

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