Des scientifiques créent un nouveau matériau cinq fois plus léger et quatre fois plus résistant que l'acier

Des matériaux à la fois solides et légers peuvent tout améliorer, des voitures aux avions en passant par les équipements médicaux. Aujourd’hui, les chercheurs ont créé un matériau extraordinairement résistant et de très faible densité, en utilisant deux éléments de base improbables : l’ADN et le verre.

"Pour une densité donnée, notre matériau est le plus résistant connu", selon Seok-Woo Lee de l'Université du Connecticut, en partenariat avec des collègues de l'Université Columbia et du Brookhaven National Lab.

"Je suis un grand fan des films d'Iron Man", a déclaré Oleg Gang, scientifique en nanomatériaux. «Je me suis toujours demandé comment créer une meilleure armure pour Iron Man. Il doit être très léger pour qu'il puisse voler plus vite. Il doit être très solide pour le protéger des attaques des ennemis.

"Notre nouveau matériau est cinq fois plus léger mais quatre fois plus résistant que l'acier."

Certains métaux, comme le titane, sont plus résistants et plus légers que le fer. Certains alliages sont encore plus résistants, ce qui permet de fabriquer des gilets pare-balles légers, de meilleurs dispositifs médicaux et des voitures et des avions plus sûrs et plus rapides. Les techniques métallurgiques ont atteint leurs limites ces dernières années, jusqu'à ce que les nanomatériaux libèrent des opportunités créatives.

Les collègues ont rapporté dans Cell Reports Physical Science qu'en construisant une structure à partir d'ADN puis en la recouvrant de verre, ils ont créé un matériau très résistant avec une très faible densité. Le verre peut sembler un choix surprenant, car il se brise facilement. Cependant, le verre se brise généralement à cause d’un défaut – comme une fissure, une égratignure ou des atomes manquants – dans sa structure. Un centimètre cube de verre impeccable peut résister à 10 tonnes de pression, soit plus de trois fois la pression qui a implosé le submersible Oceangate Titan près du Titanic cet été.

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Selon UCONN News, il est très difficile de créer un grand morceau de verre sans défauts. Mais les chercheurs ont su réaliser de très petites pièces impeccables. Tant que le verre a une épaisseur inférieure à un micromètre, il est presque toujours impeccable. Et comme la densité du verre est bien inférieure à celle des métaux et de la céramique, toute structure constituée de verre nanométrique impeccable doit être solide et légère.

L’équipe a créé une structure d’ADN à auto-assemblage. Presque comme les Magnatiles, des morceaux d'ADN de longueurs et de chimie spécifiques se sont assemblés pour former un squelette de matériau. Imaginez la charpente d’une maison ou d’un bâtiment, mais faite d’ADN.

Gang et Aaron Mickelson du Center for Functional Nanomaterials de Columbia et Brookhaven ont recouvert l'ADN d'une très fine couche de matériau semblable à du verre, de seulement quelques centaines d'atomes d'épaisseur. Le verre recouvrait tout juste les brins d’ADN, laissant une grande partie du volume matériel sous forme d’espace vide, un peu comme les pièces d’une maison ou d’un bâtiment. Le squelette de l'ADN, comme un échafaudage, renforçait la fine couche de verre impeccable, rendant le matériau très résistant : les vides constituant la majeure partie du volume du matériau, il est devenu léger.

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En conséquence, la structure du nano-réseau de verre a créé une combinaison de résistance et de légèreté qui n’a jamais été obtenue auparavant.

"La capacité de créer des nanomatériaux à structure 3D à l'aide de l'ADN et de les minéraliser ouvre d'énormes opportunités pour l'ingénierie des propriétés mécaniques." Gang a expliqué dans un communiqué d'UConn News.

Mais de nombreux travaux de recherche sont encore nécessaires. L’équipe travaille actuellement avec la même structure d’ADN, mais en remplaçant le verre par des céramiques de carbure encore plus résistantes. Ils envisagent d’expérimenter différentes structures d’ADN pour voir laquelle rend le matériau le plus résistant.

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Lee pense que la nanoarchitecture de l'ADN origami ouvrira une nouvelle voie pour créer des matériaux plus légers et plus résistants que nous n'avions jamais imaginés auparavant.