Les couleurs dans la nature ne sont pas toujours produites par des pigments. Les perles, les plumes d’oiseaux, les ailes de papillons et les opales affichent des couleurs éclatantes grâce à l’interaction de la lumière avec des structures microscopiques, un phénomène connu sous le nom de couleur structurelle.
Inspirée par ces phénomènes naturels, une équipe de recherche dirigée par le professeur Shu Yin de l’université de Tohoku, en collaboration avec des chercheurs de l’université d’Osaka, de l’université nationale des sciences et technologies de Taipei, de l’université des sciences et technologies de Pékin et de Daito Kasei Kogyo Co., Ltd., a développé une manière plus simple de produire des couleurs structurelles vives.
Les matériaux à couleur structurelle conventionnels nécessitent souvent un contrôle précis des structures microscopiques pour produire des couleurs spécifiques, ce qui les rend difficiles et coûteux à fabriquer. Les chercheurs ont relevé ce défi en combinant la structure en couches des perles avec les propriétés d’absorption de la lumière des plumes d’oiseaux.
Contrairement aux méthodes conventionnelles, la nouvelle approche ne nécessite pas de structures microscopiques parfaitement agencées. La lumière se réfléchit et interfère au sein des couches irrégulières, tandis que les matériaux absorbant la lumière contribuent à rendre les couleurs obtenues plus vives.
Pour créer ces matériaux, les chercheurs ont d’abord produit une structure en couches à partir d’hydrate de carbonate de cérium. Ce matériau forme des couches fines et irrégulières qui réfléchissent la lumière de différentes manières. Lorsque la lumière se réfléchit entre ces couches, les ondes réfléchies interagissent, créant un aspect blanc doux et nacré.
L’équipe a ensuite ajouté à la surface des matériaux absorbant la lumière, tels que l’oxyhydroxyde de fer (FeOOH). Ces matériaux absorbent certaines longueurs d’onde de la lumière, permettant à d’autres couleurs réfléchies de se détacher plus nettement. En ajustant le type et la quantité de matériaux absorbant la lumière, les chercheurs ont créé une large gamme de couleurs, notamment le rouge, le bleu, le violet et le vert.
Afin d’améliorer la stabilité des matériaux, les chercheurs ont utilisé un traitement thermique pour convertir l’hydrate de carbonate de cérium en oxyde de cérium (CeO₂) et l’oxyhydroxyde de fer en oxyde de fer (Fe₂O₃). Même après chauffage, les matériaux ont conservé leur structure en couches et leur apparence nacrée, ce qui pourrait les rendre plus prometteurs pour des applications pratiques.
Cette méthode plus simple de production de couleurs structurelles offre aux chercheurs davantage de flexibilité dans la conception de nouveaux matériaux. Pour explorer les utilisations possibles, l’équipe a créé des œuvres d’art colorées et des revêtements, a ajouté ces matériaux à des plastiques et les a même appliqués sur de la peau humaine afin d’explorer leur utilisation potentielle en cosmétique.
« Trouver une manière plus simple de créer des couleurs n’est que le début », déclare le professeur Shu Yin. « La prochaine étape consiste à explorer comment nous pouvons les utiliser dans la vie quotidienne. Nos résultats montrent que ces matériaux ont un potentiel pour différentes applications, et nous espérons nous appuyer sur ce travail à l’avenir. »
Article : Multi-Biomimetic Structural Colors Inspired by Pearls and Bird Feathers – Journal : Advanced Materials – DOI : Lien vers l’étude
Source : Tohoku U.
