Des piles en gelée souples et extensibles inspirées des anguilles électriques
par Sophie Jenkins
Londres, Royaume-Uni (SPX) 18 juillet 2024
Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont développé des « batteries gélifiées » innovantes et extensibles avec des purposes potentielles dans les appareils portables, la robotique souple et même les implants cérébraux pour l’administration de médicaments et le traitement de l’épilepsie.
Inspirées par les anguilles électriques, qui utilisent des cellules musculaires modifiées appelées électrocytes pour générer des décharges électriques, les équipes de Cambridge ont créé ces batteries avec une construction en couches similaire. Cette conception leur permet de délivrer efficacement un courant électrique.
Les nouvelles batteries gélatineuses peuvent s’étirer jusqu’à dix fois leur longueur d’origine sans perdre leur conductivité, ce qui constitue la première combinaison réussie d’une telle extensibilité et d’une telle conductivité dans un seul matériau. Les résultats ont été publiés dans la revue Science Advances.
Ces batteries sont fabriquées à partir d’hydrogels, des réseaux polymères 3D contenant plus de 60 % d’eau. Les polymères sont interconnectés par des interactions réversibles qui contrôlent les propriétés mécaniques du matériau.
Stephen O’Neill, premier auteur du département de chimie Yusuf Hamied de Cambridge, a souligné le défi que représente la création d’un matériau à la fois extensible et conducteur. « Il est difficile de concevoir un matériau qui soit à la fois très extensible et très conducteur, automotive ces deux propriétés sont généralement en contradiction l’une avec l’autre », a-t-il déclaré. « En général, la conductivité diminue lorsqu’un matériau est étiré. »
La co-auteure, la Dre Jade McCune, du département de chimie, explique : « Normalement, les hydrogels sont constitués de polymères qui ont une cost neutre, mais si nous les chargeons, ils peuvent devenir conducteurs. Et en changeant le composant salin de chaque gel, nous pouvons les rendre collants et les écraser ensemble en plusieurs couches, ce qui nous permet de créer un potentiel énergétique plus essential. »
Contrairement à l’électronique conventionnelle, qui repose sur des matériaux rigides et des porteurs de cost électroniques, ces batteries gélatineuses utilisent des ions pour transporter la cost, à la manière des anguilles électriques.
La forte adhérence des hydrogels est due aux liaisons réversibles formées entre les couches à l’aide de molécules en forme de tonneau appelées cucurbituriles, qui agissent comme des menottes moléculaires. Cette forte adhérence permet aux batteries en gelée de s’étirer sans que les couches ne se séparent et sans perdre leur conductivité.
Le professeur Oren Scherman, directeur du laboratoire Melville de synthèse des polymères, qui a dirigé les recherches avec le professeur George Malliaras du département d’ingénierie, a souligné le potentiel biomédical de ces hydrogels. « Nous pouvons personnaliser les propriétés mécaniques des hydrogels pour qu’ils correspondent aux tissus humains », a-t-il déclaré. « Comme ils ne contiennent aucun composant rigide comme le métal, un implant en hydrogel serait beaucoup moins prone d’être rejeté par l’organisme ou de provoquer l’accumulation de tissu cicatriciel. »
En plus de leur souplesse, les hydrogels sont résistants et peuvent résister à l’écrasement sans déformation permanente. Ils possèdent également des propriétés auto-réparatrices.
Les recherches futures se concentreront sur les exams de ces hydrogels dans des organismes vivants pour évaluer leur potentiel d’software médicale.
Rapport de recherche:Hydrogels dynamiques hautement extensibles pour l’électronique multicouche souple
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