Innovation : phosphorescence réversible d'un capteur moléculaire

Des chercheurs japonais ont créé un capteur moléculaire sensible à des déformations mécaniques dont la phosphorescence change selon la force imprimée et ce, de façon réversible. Une grande nouveauté pour ces systèmes jusqu'alors à usage unique.

Des chimistes de l’institut des sciences et technologies de l’université d’Okinawa (OIST) ont publié un article dans Advanced Materials détaillant le fonctionnement d’un complexe moléculaire phosphorescent qui, incorporé dans un matériau soumis à un stress mécanique, change d’intensité lumineuse tout en étant capable ensuite de revenir à son état initial. En soi, de telles molécules permettant la création de matériaux chimio-mécano répondants sont déjà connues mais elles sont pour l’instant utilisées uniquement dans des applications à usage unique. Car dans les molécules utilisées jusqu’ici la photoluminescence est activée quand une force de compression, de torsion, d’étirement conduit à la cassure d’une liaison chimique ou à la séparation irréversible de deux molécules à la base de la structure du matériau. Le processus étant alors complètement ou difficilement réversible.

G. Filonenko and J. Khusnutdinova / OIST Incorporation d’un complexe chimio-mécano répondant (mechanophore) dans un polymère de polyuréthane En haut : le mechanophore est inséré dans des unités courtes et resserrées du polyuréthane En bas: quand une force mécanique, ici un étirement symbolisé par F, est appliqué sur le polymère et qu’on l’expose à une source d’excitation lumineuse (ici une lumière UV), le mechanophore augmente l’intensité de la lumière émise (ici montré comme une force).

Plus tu tires, plus ça brille !

Georgy Filonenko et Julia Khusnutdinova ont donc incorporé un complexe cuivré possédant des propriétés phosphorescentes dynamiques dans la chaîne principale de plusieurs polyuréthanes. Ils ont ensuite imposé des forces d’étirement à ces polyuréthanes en les éclairant d’une lumière ultraviolette. La réaction, qui se déclenche une une centaine de millisecondes, a fait apparaître jusqu’à un doublement de l’intensité lumineuse émise lors d’un étirement de l’ordre de 5-35MPa. Et quand l’étirement s’arrête, le polymère et le complexe phosphorescent reviennent à leur état initial, tout autant que l’intensité de la phosphorescence. L’expérience peut être renouvelée plusieurs fois.

Comment ça marche ?

La différence, comparée aux autres systèmes de ce type sensibles à des déformations, c’est que la force mécanique appliquée ne casse pas de liaisons chimiques et n’altère pas la structure phosphorescente. En réalité, au niveau moléculaire, quand l’étirement se produit, les forces dynamiques qui empêchaient ou limitaient la phosphorescence disparaissent et le rayonnement lumineux n’est plus bloqué par la structure moléculaire du matériau accueillant le complexe phosphorescent. Les chercheurs soulignent que ce capteur dynamique peut s’avérer utile pour cartographier la répartition du stress ou suivre des phénomènes dynamiques dans des polyuréthanes en utilisant des techniques d’imagerie optique simples.

Par Sophie Hoguin