Nous sommes tous familiers avec les cristaux liquides dont sont faits, entre autres, les afficheurs de montres électroniques. Ces matériaux présentent par exemple des propriétés d’écoulement des fluides alors que les molécules qui les constituent peuvent être organisées de la même manière que dans un cristal. À l’Institut Weizmann, Dr. Hillel Aharoni s’intéresse à l’intégration de tels cristaux liquides dans des matériaux afin de pouvoir changer leurs propriétés à la demande.
Image. Un élastomère nématique se déforme de façon inhomogène. Ainsi, une surface plane peut devenir tridimensionnelle sur demande.
Les cristaux liquides sont omniprésents autour de nous : ils sont entre autres au cœur de vos écrans plats et de vos montres électroniques. Ces matériaux peuvent être vus comme un liquide dont les molécules peuvent être ordonnées comme les atomes d’un cristal.
Par exemple, en appliquant un voltage de part et d’autre d’un tel matériau, nous sommes capables de changer l’orientation de ces molécules, modifiant ainsi les propriétés optiques du matériau. Cela permet ainsi de changer la luminosité d’un pixel sur votre écran LCD ou bien de faire défiler les secondes sur votre montre.
À la Faculté de physique de l’Institut Weizmann, Dr. Hillel Aharoni cherche entre autres à intégrer les propriétés des cristaux liquides dans d’autres matériaux, tels que des matériaux polymères solides et déformables.
Ces matériaux appelés élastomères nématiques sont faits à partir de polymères et de cristaux liquides dont l’orientation peut varier selon leur position. Ainsi, chaque point de la surface peut se contracter ou bien s’allonger lorsque l’environnement du matériau change.
Ces changements peuvent être provoqués par exemple par une modification de la température du matériau, par son exposition à de la lumière ou bien par l’application d’un champ électrique. On pourrait ainsi fabriquer un cube qui ne s’allongerait que dans une direction choisie, lorsque celui-ci est chauffé. Un cube en métal au contraire se dilaterait de la même façon dans toutes les directions.
Une fine feuille élastique sur un substrat mou, par exemple la peau sur la chair, se plisse lorsque sa géométrie ne correspond pas à celle du substrat. Étonnamment, la théorie des cristaux liquides permet de mieux comprendre et prédire les différents modèles.
Si l’on concevait intelligemment une surface bidimensionnelle faite à partir d’un tel polymère, l’application d’un champ électrique ou bien un changement de température provoquerait une contraction ou un allongement non-uniforme de ses constituants.
Cela aurait pour conséquence de rendre tridimensionnelle cette surface sur demande. Les applications seraient considérablement nombreuses car on pourrait imaginer, dans le futur, pouvoir contrôler à volonté la forme de nos appareils.
Sources :
https://wis-wander.weizmann.ac.il/space-physics/metamorphic-materials
https://www.pnas.org/content/115/28/7206
