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RÉSUMÉ
L’azobenzène est une molécule photochromique qui sous l’action de la lumière passe d’un état initial appelé trans à un état final appelé cis pour revenir à son état initial. Ces deux états de photocommutation moléculaire en font l’une des molécules les plus utilisées pour les nanotechnologies. Cet article montre comment la lumière est considérée comme un signal de commutation externe idéal pour manipuler les assemblages moléculaires pour construire des systèmes et des machines à l’échelle nanométrique. Les développements futurs de ces systèmes photocommutables dans des applications pratiques ainsi que les challenges existants seront aussi présentés et mis en perspective.
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Régis BARILLÉ : Professeur MOLTECH-Anjou, université d’Angers/UMR CNRS 6200, Angers, France
INTRODUCTION
L’azobenzène ou molécule azo est une molécule qui permet une commu-tation réversible de son système moléculaire par une réaction d’isomérisation donnant deux états différents de la molécule ayant les mêmes atomes mais dans un arrangement différent. Une différence remarquable des spectres d’absorption se fait entre les deux états de commutation par absorption d’un photon. Cette molécule qui change de couleur quand on l’éclaire fait, de plus, partie de la famille des molécules photochromiques. Cette commutation moléculaire se fait principalement en utilisant la lumière comme stimulus mais peut aussi s’activer au niveau de la molécule seule par le courant d’électrons d’une pointe d’un microscope à effet tunnel.
En utilisant les caractéristiques photocommutables particulières de l’azobenzène, une variété de systèmes fonctionnels peut être synthétisée utilisant différents matériaux, des cristaux liquides aux polymères et aux molécules biologiques. Les applications utilisant cette molécule sont nombreuses à tous les niveaux d’échelle de dimension, comme le stockage de données optiques à haute densité, les commutateurs moléculaires pour des membranes photo-activées, les portes logiques photocommandées, les rubans et les surfaces photoélastiques, les nanoparticules pour des encres photoeffaçables, les systèmes électroniques/optiques, les surfaces d’imagerie bio.
Cet article commencera par une brève description de la molécule azobenzène pouvant conduire à des systèmes en solution jusqu’aux matériaux fonctionnels et aux polymères activés par la lumière. Les exemples d’utilisation de cette molécule couvriront aussi bien les domaines de la photonique que la biologie ou l’électronique moléculaire.
Les développements futurs de ces systèmes photocommutables dans des applications pratiques ainsi que les challenges existants seront aussi présentés et mis en perspectives au regard des demandes de miniaturisation et de l’évolution de la nanotechnologie.
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8. Conclusion
Sans aucun doute, les molécules photocommutables ont un énorme potentiel dans plusieurs domaines, allant de la chimie, de la physique et des sciences des matériaux, à la biologie et à la médecine. Les azobenzènes sont le meilleur choix de photochrome lorsque de grandes variations géométriques sont souhaitées. La réorganisation structurelle importante associée à l’isomérisation trans (E)/cis (Z) peut être transférée et même amplifiée dans un matériau hôte approprié, en particulier dans les cristaux liquides et les élastomères à cristaux liquides en raison des propriétés mésogènes attrayantes de l’isomère. Cela conduit principalement à une modification mécanique ainsi qu’à un changement des propriétés chimiques et optiques des matériaux. Les matériaux photocommutables à base d’azobenzène sont généralement envisagés entre autres pour des applications dans l’actionnement photomécanique et le stockage. Un autre avantage de la technologie de ces photochromes est la stabilité thermique des deux états de commutation et leur résistance élevée à la fatigue. Quelques exemples ont montré les larges possibilités d’utilisation de cet interrupteur moléculaire. Bien que le domaine soit en pleine expansion et que beaucoup de progrès prometteurs aient été réalisés, plusieurs défis importants demeurent et ont jusqu’à présent été peu traités de manière satisfaisante. Un objectif principal est d’améliorer l’efficacité de commutation, non seulement de la partie photochromique elle-même mais de l’ensemble du système/matériel. Dans les cas où la photocommutation est liée à des substrats comme les surfaces métalliques, le système doit être correctement conçu pour conserver sa capacité de photocommutation.
De nombreux progrès sont encore à réaliser pour améliorer les systèmes moléculaires à base d’azobenzène en considérant la stabilité thermique, la résistance à la fatigue et les changements de propriétés maximisés pour répondre aux exigences rigoureuses des applications de la vie réelle, par exemple dans la microrobotique ou la biotechnologie. Dans un avenir pas trop lointain les molécules photocommutables fourniront une base importante pour de nouveaux dispositifs et des matériaux avancés.
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BIBLIOGRAPHIE
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
BARILLÉ (R.). – Brevet CNRS 05517-01_68307 Co-ownershipproposal Wroclaw University of Technology. Procédé de détection de conditions de turbulence utilisant l’interaction d’un faisceau laser avec un film mince photochromique et dispositif mettant en œuvre ledit procédé (2012).
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