Un composite élastomère contenant des particules métalliques en sous-fusion voit son module de Young augmenter de 300% sous l’effet de contraintes mécaniques.

Des chercheurs de l’Iowa State University développent un matériau composite qui peut modifier ses propriétés sans source d’énergie externe comme la chaleur, la lumière ou l’électricité. Ils exploitent la transition de phase irréversible de particules métastables en sous-fusion. La matrice est un élastomère ; elle est chargée de microparticules métalliques.

Celles-ci sont produites en exposant des gouttelettes de métal fondu à l’oxygène, ce qui crée une couche d’oxydation maintenant le métal à l’état liquide en dessous de sa température de fusion. L’alliage choisi est un eutectique de bismuth, d’indium et d’étain (métal de Field) qui fond à 62 °C, mais le principe est applicable à d’autres métaux.

Les chercheurs ont introduit ces particules dans la matrice sans les briser.

Lorsque le composite est soumis à des contraintes mécaniques – torsion, traction, flexion…- les particules de métal liquide s’ouvrent : le liquide s’écoule et la charge passe de gouttes individuelles à un réseau métallique à l’intérieur du matériau.

Il est possible de régler le niveau de contraintes auquel résistent les microparticules en jouant sur le métal, la taille des particules ou la nature de la matrice.

Le module de Young du matériau est augmenté de 300% et le composite peut supporter jusqu’à 50 x son propre poids. Le changement dans la rigidité s’opère de manière autonome sous déformation et sans être affecté par les conditions environnementales.

Une des applications envisagées est par exemple la protection de capteurs : le dispositif peut se déformer jusqu’à un certain niveau de charge au-delà duquel l’élastomère protecteur se rigidifie et supporte la contrainte.

Sources : Sirris (25-05-2018), Brevet WO2017011029, http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/mh/c8mh00032h/unauth – !divAbstract