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Les matériaux intelligents sont également connus sous le nom de matériaux réactifs. L'intelligence est la principale caractéristique du matériau qui lui permet de s'auto-actionner sous l'effet d'un changement d'une grandeur physique comme la température, sans la force d'un actionneur ou d'un moteur externe. L'une des applications des matériaux à mémoire de forme est pour ouvrir et fermer automatiquement les conduites d'aération afin d'ajuster la circulation de l'air et la température dans les véhicules intelligents ou les structures de transport.
Caractéristiques des polymères intelligents
Les polymères stimulables sont des macromolécules très sensibles, capables d'effectuer des changements physiques rapides et réversibles lors de petites modifications des conditions de leur environnement local. Ces réponses se manifestent comme des modifications drastiques de l'un des paramètres suivants : forme, caractéristiques de la surface, solubilité, formation d'un complexe d'auto-assemblage moléculaire et transition sol-gel.
Ces transformations sont déclenchées par la température, le pH, la lumière, la force ionique, les contraintes mécaniques, les champs électriques ou magnétiques, ou bien la concentration de substances spécifiques.
Les polymères stimulables ont été utilisés sous diverses formes comme les hydrogels, les micelles, les dendrimères, les interfaces modifiées et les solutions conjuguées. Ils peuvent fournir une grande variété d'applications dans de nombreux domaines, tels que la libération de médicaments, la biotechnologie, les techniques de chromatographie et d'analyse quantitative, les capteurs ou actionneurs, les revêtements stimulables, les systèmes colloïdaux, les technologies d'imagerie, les textiles et les vêtements, et les technologies microfluidiques.
Comportement des polymères intelligents
Les produits en matériaux polymères dits « intelligents » sont capables de modifier spontanément une de leurs propriétés (forme, couleur, conduction, cicatrisation, …) en réponse à une excitation naturelle ou artificielle, par exemple :
Les polymères répondant à des stimulations physiques telles que :
- La température,
- les champs électriques ou magnétiques,
- la lumière (champ électromagnétique)
- les contraintes mécaniques
Les polymères répondant à des stimulations chimiques, comme :
- pH,
- les interactions ioniques,
- agents chimiques
Les polymères répondant à des stimulations biochimiques antigènes :
- enzymes,
- ligands,
- agents biochimiques
Les polymères auto-réparables
Les recherches dans le domaine des matériaux auto-réparables, qui ont pris leur essor dans les années 2000, ne sont donc pas près de s'arrêter. L'Europe et les États-Unis ont récemment engagé d'importants financements dans ce domaine, et l'industrie aérospatiale a déjà montré son intérêt. «Il faudra chercher à savoir si nos prototypes sont réalisables dans le contexte d'une production industrielle, où les contraintes sont nombreuses.» Affaire à suivre, donc, et de très près.
Les polymères supramoléculaires
Les polymères supramoléculaires se distinguent des polymères traditionnels, qui reposent sur des liaisons covalentes, en ce sens qu'ils sont formés par des interactions non covalentes. Ces interactions englobent divers types de forces, telles que les liaisons hydrogène, les interactions π-π, ainsi que les forces de van der Waals.
De plus, les polymères supramoléculaires tirent également parti des interactions électrostatiques et des coordinations entre métaux et ligands. Cette diversité d'interactions confère à ces matériaux des propriétés uniques et une grande flexibilité dans leur conception et leur application.
Les polymères supramoléculaires se distinguent par plusieurs caractéristiques essentielles. Leur réversibilité leur permet de se décomposer et de se reformer en réponse à divers stimuli externes tels que la température, le pH ou la lumière. De plus, ces polymères possèdent la capacité d'auto-assemblage, s'organisant de manière spontanée en structures ordonnées grâce à des interactions non covalentes. Enfin, leur adaptabilité leur permet de réagir de manière dynamique aux variations de leur environnement.
les dynamères
Le terme "dynamère" vient de l'association des mots "dynamique" et "polymère". Les dynamères sont des polymères dynamiques, où les liaisons chimiques entre les monomères peuvent se former et se rompre de manière réversible. Ils font partie de la famille des polymères covalents dynamiques (ou DCvP, Dynamic Covalent Polymers).
Les dynamères se distinguent par l'utilisation de liaisons covalentes réversibles, contrairement aux polymères supramoléculaires qui s'appuient sur des interactions non covalentes. Ces liaisons, telles que les imines, les hydrazones et les disulfures, confèrent aux dynamères une flexibilité unique dans leur structure. 2. En outre, ces matériaux sont caractérisés par un équilibre dynamique, permettant aux monomères de s'échanger ou de réagir en fonction des variations des conditions environnementales. Cette adaptabilité leur confère des propriétés semblables à celles des polymères supramoléculaires, tout en offrant une robustesse mécanique supérieure grâce à la nature des liaisons covalentes.
Les vitrimères : une nouvelle classe de matériaux polymères
Les vitrimères sont une catégorie émergente de matériaux polymères qui combinent les propriétés des thermoplastiques et des thermodurcissables, grâce à des liaisons covalentes dynamiques. Inventés par Ludwik Leibler et son équipe en 2011, ils représentent une avancée significative dans le domaine des matériaux polymères en alliant robustesse mécanique, recyclabilité et adaptabilité.
Définition des vitrimères
Les vitrimères sont des réseaux polymères tridimensionnels, similaires aux thermodurcissables, mais avec des liaisons covalentes dynamiques qui peuvent se réarranger sous l’effet de stimuli externes, tels que la température. Ce réarrangement permet aux vitrimères de se comporter comme des matériaux malléables tout en conservant une forte résistance mécanique.
Propriétés clés
La rigidité et la stabilité des vitrimères à température ambiante les font agir comme des thermodurcissables traditionnels, présentant des réseaux covalents rigides. En revanche, à des températures élevées, les liaisons covalentes dynamiques permettent une réorganisation du réseau, offrant ainsi aux vitrimères une malléabilité comparable à celle des thermoplastiques. De plus, les réarrangements chimiques qui se produisent sont réversibles, tout en préservant l'intégrité de la structure globale du réseau. Enfin, contrairement aux thermodurcissables classiques, les vitrimères se distinguent par leur capacité à être recyclés grâce à leur aptitude à se réorganiser chimiquement.
