Soft-mécanochimie dans un élastomère 3D

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.

Rédacteur: AVR