Les antioxydants dissipent l'électricité statique

Nature (2013)Citer cet article

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Le revêtement bon marché aide la charge électrique à se dissiper des plastiques et du caoutchouc.

Cela pourrait être appelé une découverte choc. Le revêtement de matériaux en plastique ou en caoutchouc avec des antioxydants tels que la vitamine E empêche la charge statique de s'accumuler à la surface du polymère, rapportent aujourd'hui des chimistes1. Cette découverte pourrait s'avérer une solution bon marché à des problèmes tels que la poussière accrochée au plastique, les chocs électriques statiques ou les étincelles qui endommagent les circuits de télévision et font griller les cartes mères des ordinateurs.

Les enfants peuvent s'amuser avec l'électricité statique - lorsqu'ils frottent des ballons sur leurs cheveux, le caoutchouc et les cheveux se collent à cause de l'attraction entre les particules chargées transférées. Mais la charge statique qui s'accumule sur les composants industriels, tels que les filtres à carburant en plastique sur les voitures ou à l'intérieur des pièces semi-conductrices, peut entraîner des étincelles électriques potentiellement dangereuses et une accumulation de poussière.

Le casse-tête de l'électricité statique, explique Bartosz Grzybowski, physico-chimiste à l'Université Northwestern d'Evanston, dans l'Illinois, est que bien que les particules chargées se repoussent lorsqu'elles atterrissent sur une surface isolante, les répartissant uniformément sur un matériau et revenant dans l'air, elles forment en fait des amas stables et durables. Cela conduit à l'accumulation de grandes quantités de charge statique étroitement confinée, suffisamment pour se décharger brusquement lorsqu'un chemin conducteur devient disponible : par exemple, tirer à travers un corps humain jusqu'à une balustrade en métal, ou produire des étincelles dans l'air comme un éclair miniature.

Traitement vitaminé

L'équipe de Grzybowski rapporte dans Science qu'elle a résolu le mystère. Les chercheurs ont examiné au microscope les schémas de charge électrique et magnétique créés lorsque des particules chargées atterrissent sur des surfaces de polymère. Ils ont découvert que les particules chargées sont stabilisées par des radicaux - des molécules réactives avec des électrons libres et non liés qui se forment lorsque des liaisons chimiques sont rompues sur une surface. Les radicaux partagent une partie du fardeau de la charge électrique ; sans eux, les particules chargées ne pourraient pas s'agglutiner aussi étroitement. La réponse, selon l'équipe, est d'appliquer des revêtements de surface qui réagissent chimiquement avec les radicaux, les épongeant. De tels revêtements pourraient inclure de la vitamine E, parmi d'autres antioxydants bon marché et non toxiques. Certains de ces produits chimiques sont en fait déjà ajoutés aux mélanges à partir desquels les polymères sont fabriqués, afin de piéger les radicaux formés lorsque la lumière ultraviolette endommage le plastique - mais n'ont pas été utilisés comme revêtements antistatiques.

Les chercheurs ont prouvé leur cas en utilisant des solutions de piégeurs de radicaux pour enrober des polymères courants, tels que des billes de polystyrène. Effectivement, après avoir été secouées pour obtenir une charge statique, les perles enrobées perdent leur électricité statique en quelques minutes. Les scientifiques ont également utilisé leur revêtement antistatique pour protéger un composant de transistor, montrant qu'il restait intact lorsque des particules chargées lui étaient tirées à partir d'un canon à ions. "C'est en fait assez incroyable que la réponse soit si simple", déclare Grzybowski.

D'autres chercheurs contactés par Nature ont trouvé le travail passionnant. La véritable avancée réside dans la compréhension des causes profondes de l'électricité statique, déclare Michael Dickey, chercheur en nanoélectronique à la North Carolina State University à Raleigh. "C'est très intelligent dans la simplicité de résoudre un vieux problème", ajoute-t-il.

Faire face aux effets de l'électricité statique est "un très gros problème dans l'industrie", déclare Fred Roska, chercheur chez 3M à Saint Paul, Minnesota. Il ajoute que le simple fait de trouver des moyens de fournir des particules chargées qui neutralisent la charge statique qui s'accumule sur les polymères lors de la fabrication de semi-conducteurs, par exemple, représente un marché d'un milliard de dollars. Les entreprises industrielles gèrent également l'électricité statique en modifiant les matériaux qu'elles utilisent : soit en recouvrant les polymères d'eau ou de revêtements en gel à travers lesquels la charge peut se dissiper, soit en insérant des bandes conductrices de métal ou de nanotubes de carbone dans un mélange de polymères pour fournir un chemin pour que la charge statique disparaisse.

Mais ces solutions impliquent des compromis, dit Grzybowski, comme rendre un plastique plus conducteur, et ne traitent pas la cause sous-jacente de l'accumulation d'électricité statique. Et il pense que les revêtements antioxydants s'avéreront une solution moins chère. Il dit qu'il a breveté la découverte et espère la concéder sous licence à des sociétés telles que 3M et Dow.

Baytekin, HT, Baytekin, B., Hermans, TM, Kowalczyk, B. & Grzybowski, BA Science 341, 1368–1371 (2013).

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Van Noorden, R. Les antioxydants dissipent l'électricité statique. Nature (2013). https://doi.org/10.1038/nature.2013.13786

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Publié : 19 septembre 2013

DOI : https://doi.org/10.1038/nature.2013.13786

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