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Nanocristaux de cellulose en forme de bâtonnets d'environ 120 nanomètres de longueur et 6,5 nanomètres de diamètre sous le microscope.

Empa

(sda-ats)

Des chercheurs de l'Empa ont réussi à développer une encre avec des nanocristaux de cellulose de bois pour l’impression en 3D. Elle présente des qualités mécaniques prometteuses pour les implants et autres applications biomédicales.

La cellulose est l'un des principaux composants du bois. Ce biopolymère se compose de longues chaînes de glucose organisées en structures ligneuses.

À certains endroits, les fibrilles de cellulose présentent une structure ordonnée. Les endroits qui présentent un ordre plus important apparaissent sous forme cristalline. Ce sont ces sections, purifiées avec de l'acide, que les chercheurs ont utilisées, a indiqué mardi le Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche (Empa).

Le produit final: des nanocristaux de cellulose (CNC), soit des formations en forme de bâtonnets de 120 nanomètres de longueur et de 6,5 nanomètres de diamètre. Les encres classiques contiennent une proportion plutôt faible de CNC, au maximum 2,5%. L'équipe de l'Empa a voulu augmenter cette quantité, et elle y est parvenue: ses encres contiennent une proportion de 20%.

Pas très compatibles

Pour fabriquer des matériaux microstructurés 3D, par exemple pour des composants automobiles, les chercheurs de l'Empa utilisent depuis un an une méthode d'impression 3D dénommée "Direct Ink Writing" (DIW). Pour ce faire, une masse visqueuse - l'encre de l'imprimante - est exprimée par la buse d'impression et déposée sur une surface.

Les chercheurs de l'Empa Gilberto Siqueira et Tania Zimmermann sont parvenus, avec des confrères de l'Université de Harvard (USA) et de l'EPFZ, à obtenir une consistance visqueuse élastique qui puisse aussi être exprimée par les buses de l'imprimante. L'encre doit en effet être assez dure pour que le matériau imprimé conserve sa forme avant de sécher ou de durcir.

Les chercheurs ont développé une formule à base de polymères. "La grande majorité des polymères est hydrofuge ou hydrophobe, alors que la cellulose aime l'eau - elle est hydrophile. Par conséquent, ils ne sont pas de natures très compatibles", explique Gilberto Siqueira, de l'Empa, cité dans le communiqué. C'est pourquoi il a fallu commencer par modifier chimiquement la surface du CNC.

Parfaitement alignés

Après les premiers essais d'impression et l'analyse radiographique des microstructures, ils ont constaté que les CNC s'étaient presque parfaitement alignés dans l'objet imprimé dans le sens de l'impression. Ils en ont conclu que la force mécanique avec laquelle l'encre est exprimée par la buse de l'imprimante suffit pour les disposer ainsi.

Ces excellentes qualités mécaniques représentent un avantage déterminant par rapport à d'autres matériaux comme les fibres de carbone, également utilisées dans les encres DIW.

S'y ajoute que la nouvelle encre développée à l'Empa se compose d'un matériau renouvelable. "La cellulose est le polymère naturel le plus présent sur la Terre", souligne M. Siqueira. On la trouve non seulement dans les arbres, mais aussi dans d'autres plantes et même dans des bactéries.

Les applications possibles vont de l'industrie automobile aux emballages de tous types. Mais la plus importante est la biomédecine, par exemple pour des implants ou des prothèses, selon les chercheurs. Ces travaux sont publiés dans la revue Advanced Functional Materials.

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ATS