Une couleur structurelle non délavable et non toxique peut désormais être appliquée sur des surfaces planes ou 3D à l’aide d’une imprimante à jet d’encre. Le développement de l’Université de Kobe ouvre également des possibilités pour de nouvelles technologies d’affichage et de lutte contre la contrefaçon.
Alors que les pigments traditionnels des imprimantes se délavent et que la plupart des couleurs structurelles ne peuvent pas être imprimées, l’ingénieur en matériaux de l’Université de Kobe, SUGIMOTO Hiroshi, travaille sur rien de moins qu’une révolution dans la production de la couleur. Au cours des dernières années, son équipe a travaillé sur des cristaux de silicium sphériques qui reflètent la couleur spécifiquement en fonction de leur taille précise, comprise entre 100 et 200 nanomètres. La peinture utilisant cette technologie est extrêmement légère, non toxique, issue de sources durables et, surtout, non délavable. Cependant, un élément clé pour colorer le monde avec cette nouvelle technologie manquait : l’impression.
« Nous voulions développer un matériau de couleur structurelle qui puisse être traité de manière similaire aux encres ou peintures conventionnelles », explique Sugimoto. Un problème clé qu’ils ont dû surmonter était que, lorsque le solvant sèche, les nanosphères ont tendance à s’agglomérer. Cela change la façon dont le matériau interagit avec la lumière et dégrade sa coloration. L’équipe a donc tenté de surmonter ce défi en recouvrant chaque cristal d’une coque de silice dont les propriétés matérielles ne provoquent pas de flexion de la lumière à l’interface avec la résine environnante. Essentiellement, ils ont créé un pare-chocs transparent entre les cristaux.
Dans la revue Advanced Materials, l’ingénieur de l’Université de Kobe et son équipe rapportent maintenant leur réalisation. Ils montrent des images impressionnantes avec des couleurs vives imprimées à des résolutions comprises entre 250 et 125 points par pouce sur un film PET plat ainsi que sur une surface métallique 3D. Sugimoto déclare : « Je suis vraiment enthousiaste que la création d’une suspension compatible jet d’encre pour les nanosphères de silicium permette enfin l’impression en couleur sans utiliser de pigments ou de colorants. »
Lorsqu’elles sont imprimées sur un film PET, ils ont montré que les images présentent des couleurs différentes lorsque la lumière traverse l’image par rapport à lorsque la lumière venant d’en haut est réfléchie. Cela est dû à la façon dont les nanosphères de silicium interagissent avec la lumière dans un processus appelé « réfraction de Mie », mais cela permet également une prouesse impossible avec les encres conventionnelles : outre le fait que les couleurs soient différentes, les images peuvent être à la fois réfléchissantes avec des couleurs vives et en même temps hautement transparentes à la lumière transmise. « Ces deux propriétés sont généralement considérées comme mutuellement exclusives dans les colorants conventionnels », remarque Sugimoto.
Lorsqu’elles sont appliquées à un moniteur, ces images seraient pratiquement invisibles lorsque l’affichage est allumé, mais clairement visibles lorsqu’il est éteint, permettant des possibilités d’affichage d’informations à énergie nulle. Une autre application possible est la technologie de lutte contre la contrefaçon. En regardant vers l’avenir, Sugimoto déclare ainsi : « Ce travail représente une étape importante vers des technologies de couleur structurelle évolutives qui sont compatibles avec les processus d’impression et de revêtement existants. »
Article : Structural Color Inkjet Printing with Mie-Resonant Silicon Nanoparticles – Journal : Advanced Materials – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Kobe U.
