Soft-mécanochimie dans un élastomère 3D

Résultats scientifiques

La soft-mécanochimie, directement inspirée de la nature, vise à développer des systèmes capables de traduire une force mécanique en une réponse physico-chimique réversible. Des chercheurs de l’ILM (CNRS/Université Claude Bernard Lyon1), du CMC (CNRS/Université de Strasbourg), d’une unité INSERM et de l’ICS (CNRS/INSA Strasbourg/Université de Strasbourg) ont mis au point un élastomère 3D basé sur ce principe. Ces travaux, publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition, ouvrent la voie vers la conception de matériaux innovants dont certaines propriétés pourraient être contrôlées par un simple étirement.

La soft-mécanochimie, encore à ses balbutiements, vise à reproduire les processus mécano-induits réversibles et peu énergivores des systèmes vivants à l’origine, par exemple, du toucher, de la perception du mouvement ou encore de la coagulation sanguine. Le secret de ces processus réside dans des changements de conformations moléculaires sous l’action d’une force mécanique. Transposé à des systèmes non biologiques, ce principe devrait permettre d’élaborer des nouveaux matériaux intelligents dont les propriétés telles que la couleur, l’activité chiroptique ou encore la réactivité chimique changeraient sous l’action d’une force externe mécanique. Imaginons, par exemple, une peinture pour l’aéronautique qui changerait de couleur là où des microfissures apparaissent sur la carlingue d’un avion ou une membrane catalytique qui fonctionne différemment selon qu’on l’étire ou non.

 

Des chercheurs de l’Institut Lumière Matière (CNRS/Université Lyon 1), du Laboratoire de Chimie de la Matière Complexe (CNRS/Université de Strasbourg), d’une unité INSERM et de l’Institut Charles Sadron (CNRS/INSA Strasbourg/Université de Strasbourg) illustrent ce concept de soft-mécanochimie dans un matériau en 3D très simple : un élastomère dans lequel sont reliées chimiquement des molécules à chiralité axiale, c’est-à-dire des molécules dont la conformation autour d’un axe est asymétrique et dont les propriétés qui en découlent sont fortement influencées par les angles des substituants autour de cet axe. Le 1,1′-bi-2-naphthol (BINOL), couramment utilisée comme ligand en catalyse avec des métaux de transition, est une molécule chirale organique dont la « forme » s’apparente à celle d’un papillon. Son action catalytique ainsi que ses propriétés optiques dépendent directement de la conformation adoptée. En liant cette molécule au réseau polymère d’un matériau élastique déformable, le PDMS, les chercheurs montrent qu’il est possible de déformer réversiblement et de façon continue la conformation du BINOL en fonction du degré d’étirement appliqué au matériau. L’étude de cette mécanotransduction est établie et quantifiée en utilisant des mesures spectroscopiques simples et efficaces de biréfringences et de dichroïsmes optiques corrélées à des calculs de dynamique moléculaire. Ces travaux, publiés dans Angewandte Chemie International Edition, démontrent le fort potentiel de la soft-mécanochimie pour le développement de nouveaux matériaux dont il serait possible de moduler l’activité catalytique ou chiroptique ou l’état pour des applications en tant qu’interrupteurs moléculaires.

Relier chimiquement des molécules à chiralité axiale à un réseau élastomère 3D permet d’en contrôler de façon réversible la conformation et les propriétés par simple étirement du matériau. © Julien Kelber et Loïc Jierry

Référence

 

Julien B. KELBER, Amina BENSALAH-LEDOUX,, Sarah ZAHOUANI, Bruno BAGUENARD, Pierre SCHAAF, Alain CHAUMONT, Stéphan GUY, Loïc Jierry Reversible soft‐mechanochemical control of biaryl conformations through crosslinking in a 3D macromolecular network, Angewandte Chemie INternational Edition, 28/08/2020

 

Contact

Loïc Jierry
Professeur, Institut Charles Sadron, Université de Strasbourg
Stéphanie Younès
Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS
Anne-Valérie Ruzette
Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS