Adhésif supramoléculaire avec plage de température utilisable de 400 degrés Celsius

Les chercheurs ont mis au point un adhésif supramoléculaire qui est recyclable et possède des propriétés de collage exceptionnelles sur une large gamme de températures, de l’azote liquide (−196 degrés Celsius) aux températures chaudes au four (200 degrés Celsius). Comme le rapporte l’équipe dans le journal Angewandte Chemiel’adhésif tire son efficacité d’un emboîtement exceptionnellement serré des composants moléculaires pendant le durcissement.

Contrairement aux adhésifs standards, les adhésifs supramoléculaires ne créent pas d’adhésion par la réticulation des composants moléculaires entre eux. Au lieu de cela, ils forment un auto-assemblage serré pendant le durcissement, comme des pièces de puzzle qui s’emboîtent. Les chercheurs s’intéressent à ces systèmes supramoléculaires car ils offrent durabilité et personnalisation et, en principe, les matières premières individuelles peuvent être à nouveau récupérées et leur comportement chimique peut être adapté. Cependant, à ce jour, les performances de ces colles ont été au mieux décentes, sans parler de leur forte dépendance aux conditions environnementales.

La nouvelle colle supramoléculaire, développée par une équipe de recherche dirigée par Kai Liu de l’Université Tsinghua, à Pékin, en Chine, se compose de deux composants, dont l’un est une petite protéine synthétisée dans des bactéries modifiées à cet effet. L’autre composant est un éther couronne, une molécule en forme d’anneau qui peut s’enrouler autour d’une autre molécule, un peu comme une couronne posée sur la tête d’une reine.

Les chercheurs ont observé cette interaction étroite entre les molécules de leur système adhésif. En ajoutant ensemble l’éther couronne et la protéine et en chauffant la solution pour le durcissement, l’éther couronne s’est ancré à la surface de la protéine. L’équipe a noté que la protéine et l’éther couronne étaient si étroitement liés l’un à l’autre par leurs charges opposées et d’autres interactions moléculaires qu’ils formaient une nouvelle structure imbriquée, qui « soudait » les protéines ensemble.

Le résultat a été un effet adhésif extraordinairement fort. Les plaques d’acier collées ensemble ont résisté à des forces de cisaillement élevées à température ambiante, dans de l’azote liquide et à 200 degrés Celsius. L’adhésif a fonctionné pour différents matériaux, et sous l’eau également. Un tel éventail de conditions de travail est rarement atteint, même avec des adhésifs spécialisés, et constitue certainement une première pour les adhésifs supramoléculaires. De manière prometteuse, les composants imbriqués ont pu être séparés et recyclés à nouveau, et l’adhésif réutilisé n’a pratiquement rien perdu de sa puissance.

Les chercheurs pensent que l’une des raisons de cet effet adhésif exceptionnel, en particulier à basse température, est le résultat des interactions supramoléculaires spécifiques en jeu. En particulier, l’imbrication étroite des composants chassait l’eau de la protéine. Cela signifiait qu’aucun cristal de glace ne pouvait se former lorsqu’il était congelé – comme dans l’antigel – ce qui, dans de nombreuses colles conventionnelles, entraînerait une fissuration prématurée.

Les chercheurs suggèrent que ce nouvel adhésif pourrait être appliqué à la fabrication de pièces spéciales qui seront soumises à des conditions très fluctuantes lors de leur utilisation ; par exemple, les larges plages de température auxquelles les engins spatiaux sont exposés.