Des chercheurs dirigés par le professeur CEE Oscar Lopez-Pamies ont dérivé les équations gouvernantes qui décrivent et expliquent le comportement mécanique macroscopique des élastomères remplis d’inclusions liquides directement en termes de comportement microscopique. Le travail est décrit dans un article de Lopez-Pamies et Ph.D. étudiant Kamalendu Ghosh a récemment publié dans le Revue de Mécanique et Physique des Solides.
« Depuis la découverte au début des années 1900 que l’ajout de nanoparticules de noir de carbone et de silice au caoutchouc aboutissait à un matériau composite aux propriétés considérablement améliorées, des efforts ont été continuellement consacrés à comprendre quand et comment l’ajout de charges aux élastomères conduit à des matériaux avec nouvelles propriétés mécaniques et physiques », a écrit Lopez-Pamies. « L’accent a été presque exclusivement mis sur les inclusions de charges solides. »
Des résultats théoriques et expérimentaux récents ont révélé qu’au lieu d’ajouter des inclusions solides aux élastomères, l’ajout d’inclusions liquides peut conduire à une nouvelle classe de matériaux encore plus excitante avec le potentiel de permettre une variété de nouvelles technologies. Certains exemples incluent des élastomères remplis de liquides ioniques, de métaux liquides et de ferrofluides, qui présentent des combinaisons uniques de propriétés mécaniques et physiques.
« La raison de ces nouvelles propriétés est double », a écrit Lopez-Pamies. « D’une part, l’ajout d’inclusions liquides aux élastomères augmente la déformabilité globale. Cela contraste avec l’ajout de charges conventionnelles qui, étant constituées de solides rigides, diminuent la déformabilité. De plus, la mécanique et la physique des interfaces séparant un solide l’élastomère provenant d’inclusions liquides incrustées, bien que négligeable lorsque les inclusions sont importantes, peut avoir un impact significatif, voire prédominant, sur la réponse macroscopique du matériau lorsque les particules sont petites.
« De manière frappante, les équations établissent que ces matériaux se comportent comme des solides, bien que des solides avec un comportement macroscopique qui dépend directement de la taille des inclusions liquides et du comportement des interfaces élastomère/liquide. Cela permet d’accéder à une gamme incroyablement large de comportements fascinants. en ajustant convenablement la taille des inclusions et la chimie des interfaces élastomère/liquide. Un de ces comportements remarquables est le « masquage », lorsque l’effet des inclusions peut être amené à disparaître.
Ce travail a été réalisé dans le cadre de la subvention de Lopez-Pamies du programme NSF, Designing Materials to Revolutionize and Engineer our Future (DMREF). À son tour, DMREF fait partie de l’initiative multi-agences Materials Genome, qui vise à ouvrir la voie à la découverte, à la fabrication et au déploiement de matériaux avancés.
Kamalendu Ghosh et al, Élastomères remplis d’inclusions liquides : théorie, implémentation numérique et quelques résultats de base, Revue de Mécanique et Physique des Solides (2022). DOI : 10.1016/j.jmps.2022.104930
Fourni par le Grainger College of Engineering de l’Université de l’Illinois