Les matériaux naturels, des ailes de papillon à la nacre, peuvent présenter un éventail étonnant d’effets optiques. En essayant de reproduire ces effets, les scientifiques ont eu du mal à utiliser des matières premières biodégradables et durables tout en atteignant les niveaux élevés de réflectivité exigés pour certaines applications. Désormais, dans une étude publiée dans Advanced Materials, une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université d’Osaka a mis au point un nouveau procédé capable de fabriquer des surfaces hautement réfléchissantes à partir de matières premières végétales durables.
Les travaux antérieurs dans ce domaine utilisaient des minéraux ou des composés dérivés du pétrole pour synthétiser avec succès des produits utiles tels que des pigments. Les travaux ultérieurs se sont tournés vers des composants naturels et organiques, notamment des cristaux liquides et la cellulose, mais ceux-ci peinaient à atteindre la réflectivité élevée requise pour les systèmes optiques, freinés à la fois par la faible réflectivité des matériaux naturels et par l’absence de méthodes de traitement avancées. Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche a envisagé de nouvelles approches du traitement des polysaccharides, des composés présents à l’état naturel constitués de chaînes de molécules de sucre.
« Ce travail reposait sur l’utilisation de xérogels », précise le premier auteur, Takaaki Kasuga. « Ce sont des solides très poreux obtenus en séchant des gels sans laisser se produire aucun retrait. »
L’étude a eu recours à une technique connue sous le nom d’électrodéposition pour former 100 couches alternées de pectine, une substance naturelle présente dans les plantes et souvent utilisée dans les confitures, et de nanofibres de cellulose, le principal composant des cellules végétales. « Le procédé spécifique employé, combiné aux propriétés uniques de la pectine et de la cellulose, a généré des couches soit denses, soit très poreuses », explique l’auteur senior Masaya Nogi. « Ces couches alternées présentaient des caractéristiques optiques très différentes, et le contraste entre les deux a conduit à une réflectivité extrême dans le produit fini. »
Un aspect passionnant de cette recherche est que le produit final a présenté une réflectance supérieure à 95 % pour une grande variété de longueurs d’onde de la lumière, y compris des longueurs d’onde non visibles. Bien qu’il existe quelques exemples de matériaux réfléchissants dans la nature, comme la carapace éclatante du bupreste, celui-ci ne réfléchit que 30 % de la lumière. Les produits uniques générés dans ce travail présentent des applications potentielles dans les capteurs optiques, les affichages décoratifs et les technologies anti-contrefaçon.
Les chercheurs ont également découvert qu’après quelques ajustements de la composition chimique du matériau, ces couches d’origine naturelle pouvaient être amenées à se dégrader à hauteur de 80 % en seulement deux mois, atteignant ainsi le seuil standard de biodégradabilité.
En réfléchissant la lumière du proche infrarouge tout en laissant passer la lumière visible, ces nouveaux matériaux pourraient aussi contribuer à garder les maisons fraîches en été lorsqu’ils sont utilisés comme vitres. Ce n’est probablement qu’un début : la couleur, le motif et les performances de ces films pouvant tous être finement ajustés, cette approche ouvre la voie à un avenir fait de revêtements, d’étiquettes et de matériaux de construction durables qui pourraient un jour remplacer leurs équivalents synthétiques non biodégradables.
Article : Over 95% optical reflectance from structurally modulated all-biopolymer multilayers – Journal : Advanced Materials – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Osaka U.
