À l’avenir, vous aurez peut-être un calmar à remercier pour votre café qui reste chaud par une journée froide. S’inspirant de la peau des céphalopodes, les ingénieurs de l’Université de Californie ont inventé un matériau composite adaptatif capable d’isoler les gobelets, les sacs à emporter des restaurants, les boîtes à colis et même les conteneurs d’expédition.
L’innovation est un film polymère métallisé réfléchissant l’infrarouge développé dans le laboratoire d’Alon Gorodetsky, professeur associé UCI de génie chimique et biomoléculaire. Dans un article publié aujourd’hui dans Durabilité naturelleGorodetsky et les membres de son équipe décrivent un matériau composite de grande surface qui régule la chaleur au moyen de structures métalliques reconfigurables qui peuvent se séparer de manière réversible les unes des autres et se réunir sous différents niveaux de contrainte.
« Les îlots métalliques de notre matériau composite sont côte à côte lorsque le matériau est relâché et se séparent lorsque le matériau est étiré, ce qui permet de contrôler la réflexion et la transmission de la lumière infrarouge ou la dissipation thermique », a déclaré Gorodetsky. « Le mécanisme est analogue à l’expansion et à la contraction des chromatophores dans la peau d’un calmar, ce qui modifie la réflexion et la transmission de la lumière visible. »
Les changements de taille des chromatophores aident les calmars à communiquer et à camoufler leur corps pour échapper aux prédateurs et se cacher des proies. Gorodetsky a déclaré qu’en imitant cette approche, son équipe a permis une « thermorégulation réglable » dans leur matériau, ce qui peut conduire à une meilleure efficacité énergétique et protéger les doigts sensibles des surfaces chaudes.
Une percée clé de ce projet a été le développement par les chercheurs de l’UCI d’une méthode de production rentable de leur matériau composite à des quantités pertinentes pour l’application. Les matières premières en cuivre et en caoutchouc commencent à environ un centime par mètre carré, les coûts étant encore réduits par des économies d’échelle, selon le document. La technique de fabrication de l’équipe consiste à déposer un film de cuivre sur un substrat réutilisable tel qu’une feuille d’aluminium, puis à pulvériser plusieurs couches de polymère sur le film de cuivre, ce qui peut être fait dans presque toutes les tailles de lots imaginables.
Crédit : Université de Californie, Irvine
« La stratégie de fabrication combinée que nous avons maintenant perfectionnée dans notre laboratoire change vraiment la donne », a déclaré Gorodetsky. « Nous travaillons avec des matériaux et des systèmes adaptatifs inspirés des céphalopodes depuis des années, mais auparavant nous n’étions capables de les fabriquer que sur des surfaces relativement petites. Maintenant, il existe enfin un moyen de fabriquer ce matériel rouleau par rouleau dans une usine. »
La stratégie développée et les économies d’échelle devraient permettre au matériau composite d’être utilisé dans un large éventail d’applications, de la tasse à café jusqu’aux tentes, ou dans tout récipient dans lequel une régulation de température réglable est souhaitée.
L’invention sera respectueuse de l’environnement en raison de sa durabilité environnementale, a déclaré l’auteur principal Mohsin Badshah, ancien chercheur postdoctoral de l’UCI en génie chimique et biomoléculaire. « Le matériau composite peut être recyclé en vrac en éliminant le cuivre avec du vinaigre et en utilisant des méthodes commerciales établies pour réutiliser le polymère extensible restant », a-t-il déclaré.
L’équipe a effectué des tests de tasse de café universellement relatables dans leur laboratoire sur le campus de l’UCI, où ils ont prouvé qu’ils pouvaient contrôler le refroidissement du café. Ils ont pu prédire avec précision et théoriquement, puis confirmer expérimentalement les changements de température des gobelets remplis de boissons. Le a également été en mesure d’obtenir une modulation de 20 fois de la transmission du rayonnement infrarouge et une régulation de 30 fois des flux thermiques dans des conditions de test standardisées. Le matériau stable a même bien fonctionné pour des niveaux élevés de déformation mécanique et après des cycles mécaniques répétés.
« Il existe une énorme gamme d’applications pour ce matériau », a déclaré Gorodetsky. « Pensez à toutes les denrées périssables qui ont été livrées aux domiciles des gens pendant la pandémie. Tout colis envoyé par Amazon ou une autre entreprise qui doit être à température contrôlée peut utiliser une doublure fabriquée à partir de notre matériau composite adaptatif inspiré du calmar. Maintenant que nous pouvons en faire de grandes feuilles à la fois, nous avons quelque chose qui peut profiter à de nombreux aspects de nos vies. »
Alon Gorodetsky, Fabrication évolutive de matériaux d’emballage durables avec thermorégulabilité réglable, Durabilité naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41893-022-00847-2. www.nature.com/articles/s41893-022-00847-2