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Ces nanocubes se jouent de la lumière

Posté le par La rédaction dans Matériaux, Biotech & chimie

Recouvrir une surface de quelques nanocubes permet d’en contrôler la couleur

Ils sont carrés, font 75 nm de côté, en or ou en argent. Ce sont ? Des nanocubes capables de modifier la couleur de la surface sur laquelle ils sont déposés. Ceux utilisés par les chercheurs de l’Institut Pascal (CNRS/Université Clermont-Ferrand 2/Institut français de mécanique avancée/Ecole nationale supérieure de chimie de Clermont-Ferrand) en collaboration avec l’équipe de David Smith, de Duke University, agissent comme des antennes, formant un ensemble de résonateurs fonctionnant tous à la même fréquence. Disposés sur une surface métallique, ils en contrôlent l’absorption.

Pour maîtriser ce phénomène, il suffit de recouvrir la surface métallique d’un film diélectrique de quelques nanomètres d’épaisseur et d’y déposer les nanocubes. La couleur absorbée par l’ensemble des nanocubes dépend de leur taille mais aussi  de l’épaisseur du diélectrique, c’est-à-dire de la distance entre la surface et les cubes. Cette épaisseur doit être inférieure à 50 nm. Elle va servir de cavité résonante, la lumière incidente y étant capturée. C’est ainsi qu’une surface d’or peut apparaitre verte.

Pour que cela fonctionne, il suffit que les nanocubes soient en métal. S’il est facile de les fabriquer en argent ou en or, il serait aussi possible d’utiliser du tungstène, ce qui permettrait de résister à des hautes températures.

Mais combien de cubes faut-il pour changer la couleur d’une surface ? « En théorie, il suffit de recouvrir 3% de la surface avec des nanocubes. Dans notre expérience, nos cubes n’étant pas géométriquement parfaits, nous avons dû en recouvrir 17% » chiffre Antoine Moreau, maître de conférences à l’Université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand. Une fois fabriqués, les cubes sont en solution. Il suffit alors de placer une goutte sur le film métallique, le dépôt se faisant par en dessous. Plus la goutte reste longtemps, plus la quantité de cubes déposés est importante. De plus, les nanocubes sont naturellement chargés et se repoussent entre eux de manière à ne pas se coller ni s’agglomérer.

D’autres chercheurs se sont déjà attachés à modifier la couleur de l’or, mais l’approche était différente puisqu’ils utilisaient la gravure de petits motifs à la surface pour contrôler la lumière émise. Dans ce cas, les applications envisagées étaient de nature esthétique et se limitaient principalement à la joaillerie. Avec ces nanocubes, une infime variation dans son environnement provoque une variation de couleur. Cela en fait une méthode adaptée à la détection : changement de température, présence d’une molécule cible…On pourrait aussi imaginer ces cubes comme des encres dynamique dont on contrôle la couleur via un champ électrique.

Et pourquoi pas en faire des sources d’électricité : en chauffant la surface, les nanocubes vont émettre à leur fréquence de résonance et donc une seule couleur à laquelle on peut adapter un panneau photovoltaïque placé en face. « Le soleil ou de la combustion d’essence pourraient permettre
à ces cubes de rayonner. On pourrait ainsi avoir un nouveau type de centrale solaire, ou de groupe électrogène (sans pièce mécanique). » précise Antoine Moreau.

En attendant le développement de ces applications, le procédé est en voie d’être breveté.

 

Par Audrey Loubens, journaliste scientifique

 

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