Une nouvelle recherche d’une équipe de chercheurs du Smart Materials Lab de NYU Abu Dhabi (NYUAD) publiée aujourd’hui dans la revue Communication Nature démontre que les cristaux organiques, une nouvelle classe de matériaux d’ingénierie intelligents, peuvent servir de matériaux de conversion d’énergie efficaces et durables pour les technologies avancées telles que la robotique et l’électronique.
Alors que les cristaux organiques étaient auparavant considérés comme fragiles, les chercheurs du NYUAD ont découvert que certains cristaux organiques sont mécaniquement très robustes. Ils ont développé un matériau qui établit un nouveau record mondial pour sa capacité à basculer entre différentes formes par expansion ou contraction sur la moitié de sa longueur, sans perdre sa structure parfaitement ordonnée.
Dans l’étude intitulée Densité de travail exceptionnellement élevée d’un cristal organique dynamique ferroélectrique autour de la température ambiante, l’équipe, dirigée par le professeur de chimie du NYUAD Panče Naumov, présente le processus d’observation de la réaction du matériau cristallin organique à différentes températures. Les chercheurs ont découvert que les cristaux organiques étaient capables de changer de forme de manière réversible de la même manière que les plastiques et le caoutchouc. Plus précisément, ce matériau pourrait se dilater et se contracter sur la moitié de sa longueur (51 %) à plusieurs reprises, sur des milliers de cycles, sans aucune détérioration. Il était également capable à la fois de se dilater et de se contracter à température ambiante, contrairement à d’autres matériaux qui nécessitent une température plus élevée pour se transformer, ce qui entraîne des coûts énergétiques plus élevés pour le fonctionnement.
Le film montre l’expansion des cristaux organiques sur la moitié de sa longueur en chauffant autour de la température ambiante. Crédit : NYU Abu Dhabi.
Contrairement aux matériaux traditionnels à base de silicium ou de silice, et inévitablement rigides, lourds et cassants, les matériaux qui seront utilisés pour l’électronique future seront de nature molle et organique. Ces technologies avancées nécessitent des matériaux légers, résistants aux dommages, performants et dotés de qualités supplémentaires telles que la flexibilité mécanique et la capacité à fonctionner de manière durable, avec une consommation d’énergie minimale. Les résultats de cette étude ont démontré, pour la première fois, que certains matériaux cristallins organiques répondent aux besoins de ces technologies, et peuvent être utilisés dans des applications telles que la robotique douce, les muscles artificiels, l’optique organique et l’électronique organique (électronique créée uniquement à partir de Matières organiques).
« Cette dernière découverte du Smart Materials Lab de NYUAD s’appuie sur une série de nos découvertes précédentes sur le potentiel inexploité de cette nouvelle classe de matériaux, qui comprend des cristaux adaptatifs, des cristaux auto-cicatrisants et des matériaux cristallins organiques à mémoire de forme », a déclaré Naumov. « Notre travail a montré que les cristaux organiques peuvent non seulement répondre aux besoins des technologies émergentes, mais dans certains cas peuvent également dépasser les niveaux d’efficacité et de durabilité d’autres matériaux plus courants. »
Densité de travail exceptionnellement élevée d’un cristal organique dynamique ferroélectrique autour de la température ambiante, Communication Nature (2022).