Newswise — Dans une nouvelle recherche publiée dans Communication Nature, des scientifiques de l’Université du Sussex démontrent comment un revêtement de peinture hautement conducteur qu’ils ont développé imite la propagation d’un réseau de virus par un processus appelé “percolation explosive” – un processus mathématique qui peut également être appliqué à la croissance démographique, aux systèmes financiers et aux réseaux informatiques, mais qui n’a jamais été vu auparavant dans les systèmes de matériaux. La découverte a été un développement fortuit ainsi qu’une première scientifique pour les chercheurs.
Le processus de percolation – la connectivité statistique dans un système, comme lorsque l’eau s’écoule à travers le sol ou à travers le marc de café – est un élément important dans le développement de la technologie liquide. Et c’est ce processus que les chercheurs du groupe de physique des matériaux de l’Université du Sussex s’attendaient à voir lorsqu’ils ont ajouté de l’oxyde de graphène à des sphères de latex polymère, telles que celles utilisées dans la peinture en émulsion, pour fabriquer un composite polymère.
Mais lorsqu’ils ont doucement chauffé l’oxyde de graphène pour le rendre électriquement conducteur, les scientifiques ont lancé un processus qui a vu ce système conducteur croître de façon exponentielle, dans la mesure où le nouveau matériau créé a consommé le réseau, de la même manière qu’une nouvelle souche d’un le virus peut devenir dominant. Ce comportement émergent des matériaux a conduit à une nouvelle solution de peinture hautement conductrice qui, parce que l’oxyde de graphène est un nanomatériau bon marché et facile à produire en masse, est à la fois l’un des composites à faible charge les plus abordables et les plus conducteurs signalés. Avant, maintenant, il était admis que de telles peintures ou revêtements étaient nécessairement l’un ou l’autre.
Les peintures et encres électriquement conductrices ont une gamme d’applications utiles dans les nouvelles technologies d’impression, par exemple en conférant des revêtements avec des propriétés telles que des revêtements antistatiques ou en fabriquant des revêtements qui bloquent les interférences électromagnétiques (EMI), tout en étant vitales dans le développement de la santé portable. moniteurs.
Alan Dalton, professeur de physique expérimentale, qui dirige le groupe de physique des matériaux à l’Université du Sussex, explique le potentiel de cette découverte fortuite : “Mon équipe de recherche et moi avons travaillé sur le développement de peintures et d’encres conductrices au cours des dix dernières années et c’est à la fois à ma surprise et à ma joie que nous avons découvert que la clé pour révolutionner ce travail est un processus mathématique que nous associons normalement à la croissance démographique et transmission du virus.
“En nous permettant de créer des composites polymères hautement conducteurs qui sont également abordables, grâce à la nature bon marché et évolutive de l’oxyde de graphène, ce développement ouvre les portes à une gamme d’applications que nous n’avons même pas encore pu pleinement envisager. , mais qui pourrait considérablement améliorer la durabilité des matériaux des véhicules électriques – y compris les batteries – et avoir le potentiel d’ajouter des revêtements conducteurs à des matériaux, tels que la céramique, qui ne le sont pas par nature. Nous avons hâte de commencer à explorer les possibilités.
Le Dr Sean Ogilvie, chercheur au sein du groupe de physique des matériaux du professeur Dalton à l’Université du Sussex, qui a travaillé sur ce développement ajoute: “L’aspect le plus excitant de ces nanocomposites est que nous utilisons un processus très simple, similaire à l’application de peinture en émulsion et au séchage avec un pistolet thermique, qui déclenche ensuite un processus créant des ponts chimiques entre les feuilles de graphène, produisant des chemins électriques qui sont plus conducteurs que s’ils étaient entièrement constitués de graphène.
“La croissance de ce réseau est analogue à l’émergence de variantes virales à haute transmission et pourrait nous permettre d’utiliser la modélisation épidémique pour développer de nouveaux matériaux passionnants ou même des matériaux pour comprendre la transmission épidémique.”
À propos de l’expérience :
Les scientifiques ont pris des sphères de latex polymère et ajouté de l’oxyde de graphène. En séchant cette solution, comme vous le feriez pour la peinture sèche, l’oxyde de graphène est piégé entre les sphères et à mesure que du graphène est ajouté, les feuilles finissent par former un réseau de “percolation” dans le film de latex.
Cependant, comme l’oxyde de graphène n’est pas électriquement conducteur, les scientifiques ont effectué un léger chauffage pour éliminer les défauts chimiques (150 °C, similaire à la température d’un pistolet thermique utilisé pour sécher la peinture). Lorsqu’ils ont fait cela, ils ont constaté que les films devenaient non seulement conducteurs – comme prévu – mais devenaient plus conducteurs que s’ils étaient entièrement fabriqués à partir de graphène.
La raison en est que les feuilles sont emprisonnées entre les sphères de latex (plutôt que disposées de manière aléatoire), le léger chauffage déclenche la modification chimique du graphène qui à son tour modifie chimiquement le polymère pour produire de petites molécules qui se réticulent (former des ponts chimiques entre) les feuilles qui augmente considérablement leur conductivité. Ce phénomène où, uniquement au point de percolation, les matériaux passent par une « transition de phase » pour former un réseau complètement différent que s’ils n’étaient pas connectés est connu sous le nom de « percolation explosive ». On peut penser à atteindre un niveau critique de connectivité où le nouveau matériel se développe de manière explosive à travers le réseau.
L’article complet, intitulé “Explosive percolation yields high-conductive polymer nanocomposites” est publié sur Communication Nature site de la revue ici.
