Encre de couleur structurelle : Imprimable, non irisée et légère

Dans l’objectif de repousser les limites de la science des matériaux, des chercheurs de l’Université de Kobe au Japon ont mis au point une nouvelle approche pour produire des couleurs. Cette avancée pourrait modifier la façon dont nous percevons et utilisons la couleur dans diverses industries.

La couleur d’un objet est déterminée par la longueur d’onde de la lumière qu’il réfléchit. Avec les pigments traditionnels, cela se produit lorsque les molécules absorbent d’autres couleurs de la lumière blanche. Cependant, cette interaction entraîne la dégradation des molécules et la couleur finit par s’estomper.

Les couleurs structurelles, en revanche, apparaissent généralement lorsque la lumière est réfléchie par des nanostructures parallèles espacées à une distance précise, de sorte que seule la lumière de certaines longueurs d’onde survit, reflétant ainsi uniquement la couleur que nous voyons. Ce phénomène peut être observé dans les ailes des papillons ou les plumes des paons, et a l’avantage que les couleurs ne se dégradent pas.

Une nouvelle approche pour produire des couleurs

Les ingénieurs en matériaux de l’Université de Kobe, Fujii Minoru et Sugimoto Hiroshi, ont développé une toute nouvelle approche pour produire des couleurs.

Ils expliquent : « Dans des travaux précédents depuis 2020, nous avons été les premiers à réaliser un contrôle précis de la taille des particules et à développer des suspensions colloïdales de nanoparticules de silicium sphériques et cristallines. Ces nanoparticules de silicium uniques diffusent la lumière en couleurs vives par le phénomène de ‘résonance de Mie’, ce qui nous permet de développer des encres de couleur structurelle. »

Avec la résonance de Mie, les particules sphériques d’une taille comparable à la longueur d’onde de la lumière réfléchissent des longueurs d’onde spécifiques particulièrement fortement. Cela signifie que la couleur qui revient principalement de la suspension peut être contrôlée simplement en variant la taille des particules.

Après d’autres développements et affinements, ils s’attendent à des applications intéressantes de leur technologie. Sugimoto Hiroshi explique : « Nous pouvons l’appliquer à la peinture d’avions, par exemple. Les pigments et les revêtements sur un avion ont un poids de plusieurs centaines de kilogrammes. Si nous utilisons notre encre à base de nanosphères, nous pourrions être en mesure de réduire le poids à moins de 10% de cela. »

En synthèse

La recherche en cours à l’Université de Kobe ouvre la voie à de nouvelles possibilités dans le domaine de la couleur et des matériaux. En exploitant le phénomène de la résonance de Mie, les chercheurs ont réussi à créer des encres de couleur structurelle qui pourraient avoir des applications révolutionnaires dans diverses industries.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la résonance de Mie ?

La résonance de Mie est un phénomène par lequel des particules sphériques d’une taille comparable à la longueur d’onde de la lumière réfléchissent des longueurs d’onde spécifiques particulièrement fortement.

Qu’est-ce que la couleur structurelle ?

La couleur structurelle est une couleur qui est produite par la réflexion de la lumière à partir de nanostructures parallèles espacées à une distance précise.

Quels sont les avantages de cette nouvelle approche de production de couleurs ?

Cette nouvelle approche permet de contrôler la couleur qui revient principalement de la suspension en variant simplement la taille des particules. De plus, elle pourrait permettre de réduire considérablement le poids des revêtements de couleur sur des objets tels que les avions.

Quelles sont les applications potentielles de cette technologie ?

Les applications potentielles de cette technologie pourraient inclure la peinture d’avions et d’autres objets où le poids du revêtement de couleur est une préoccupation.

Quels sont les prochains pas pour cette recherche ?

Les chercheurs prévoient de continuer à développer et à affiner cette technologie, en explorant d’autres applications potentielles et en améliorant encore la qualité et la durabilité des couleurs produites.

Références

Légende illustration : Une seule couche de nanosphères de silicium produit des couleurs structurelles vives qui ne dépendent pas de l’angle d’observation. La couleur peut être contrôlée par le diamètre des sphères, les petites particules étant plus bleues et les grandes plus rouges. (Image : FUJII Minoru)

Article : « Monolayer of Mie-Resonant Silicon Nanospheres for Structural Coloration » – DOI: https://doi.org/10.1021/acsanm.3c04689