Illustration of the new two-dimensional mechanically interlocked polymers.

La cotte de mailles nanotechnologique « médiévale » comporte 100 000 milliards de liaisons chimiques par centimètre carré – et pourrait être l’avenir de l’armure

Par Anissa Chauvin

Les chimistes ont inventé un nouveau matériau qui pourrait être l’avenir des gilets pare-balles : la cotte de mailles. Mais ce n’est pas encore le Moyen Âge ; le nouveau matériau ultra-résistant est composé de molécules imbriquées à l’échelle nanométrique, affirment les scientifiques.

Les chercheurs ont fusionné des lignes de molécules comme des maillons dans une chaîne pour créer des feuilles du premier matériau bidimensionnel mécaniquement imbriqué au monde (2D MIM), qui a une longueur et une largeur. Le matériau contient 100 000 milliards de liaisons chimiques par centimètre carré (environ 650 000 milliards par pouce carré), ce qui représente la plus haute densité de liaisons mécaniques jamais atteinte, ont rapporté les chercheurs dans l’étude publiée le 16 janvier dans la revue Science.

Les auteurs de l’étude ont ajouté une petite quantité de ce matériau à un matériau plastique résistant appelé Ultem, également fabriqué à partir de chaînes moléculaires. Ultem est déjà incroyablement puissant, mais il est devenu encore plus fort avec le MIM 2D. La recherche, qui pourrait éventuellement être utilisée dans des gilets pare-balles, a été en partie financée par la Defense Advanced Research Projects Agency du gouvernement.

« C’est similaire à la cotte de mailles dans le sens où elle ne peut pas se déchirer facilement car chacune des liaisons mécaniques a un peu de liberté pour glisser », co-auteur de l’étude William Dichtelprofesseur de chimie à l’Université Northwestern dans l’Illinois, a déclaré dans un déclaration. « Si vous le tirez, il peut dissiper la force appliquée dans plusieurs directions. Et si vous voulez le déchirer, vous devrez le briser à de très nombreux endroits différents. »

Le matériau 2D MIM est constitué de matériaux imbriqués polymèresqui sont de longues chaînes de molécules plus petites, appelées monomères. L’équipe a pris des lignes de monomères en forme de X et les a disposées en structures cristallines qui réagissent ensemble de sorte que les extrémités des monomères se lient aux extrémités des autres monomères, selon le communiqué.

La forme en X de chaque monomère a laissé des espaces dans lesquels les chercheurs ont pu tisser des lignes supplémentaires de ces éléments moléculaires, créant ainsi des couches de polymères 2D imbriqués dans les cristaux. Les scientifiques ont ensuite dissous les cristaux pour récupérer les polymères imbriqués.

« Une fois le polymère formé, il n’y a pas grand-chose qui maintient la structure ensemble », a déclaré Dichtel. « Ainsi, lorsque nous le mettons dans un solvant, le cristal se dissout, mais chaque couche 2D tient ensemble. Nous pouvons manipuler ces feuilles individuelles. »

Pour tester leur nouveau matériau, les chercheurs ont fabriqué des matériaux composites composés à 97,5 % de fibres Ultem et à 2,5 % de MIM 2D. La petite quantité de polymère 2D imbriqué a augmenté la force nécessaire pour déformer les fibres Ultem de 45 % et la quantité de contrainte que l’Ultem pouvait supporter de 22 %, selon l’étude.

« Nous avons encore beaucoup d’analyses à faire, mais nous pouvons dire que cela améliore la résistance de ces matériaux composites », a déclaré Dichtel. « Presque toutes les propriétés que nous avons mesurées étaient exceptionnelles d’une manière ou d’une autre. »

Anissa Chauvin