La piézofluorochromie, phénomène par lequel les matériaux modifient de manière réversible leur couleur fluorescente sous l’effet d’une pression, est utilisée pour créer les capteurs de pression des industries automobile et médicale. En surveillant les changements de couleur, les chercheurs peuvent reconnaître visuellement des phénomènes, comme les transformations chimiques, qui se produisent réellement. Cependant, à mesure que les dispositifs se complexifient, la demande pour des méthodes de production de capteurs plus sensibles augmente.
Un groupe de recherche dirigé par le professeur assistant de projet Takuya Ogaki, le professeur associé Yasunori Matsui et le professeur Hiroshi Ikeda de la Graduate School of Engineering de l’Université métropolitaine d’Osaka, a identifié une nouvelle manière de produire de la fluorescence, en découvrant qu’une couche de benzène initialement empilée (unité cyclophane) augmentait considérablement son changement de couleur fluorescente lorsqu’elle était exposée à la pression.
Le professeur Ogaki a expliqué le contexte de cette recherche. « Il est difficile de concevoir de manière rationnelle des cristaux organiques qui présentent le changement de couleur souhaité, a-t-il affirmé. Même une légère modification de la structure des molécules organiques produit une structure cristalline complètement différente. »
Les chercheurs se sont concentrés sur deux composés organoborés cristallins étroitement liés, contenant une unité structurelle spéciale appelée [2.2]paracyclophane (pCP). Exposés à une très haute pression, ces matériaux présentent un déplacement de leur fluorescence vers des longueurs d’onde plus longues, les faisant briller en rouge. Grâce à la cristallographie aux rayons X, ils ont constaté que la raison de ce changement de couleur différait entre les deux cristaux.
Dans un cristal, appelé pCP-H, les nuages électroniques forment naturellement des paires dans des couches empilées appelées couches dimères π-empilées. La pression rapproche encore plus ces paires, renforçant les faibles forces électroniques entre les molécules voisines et provoquant un changement prononcé de la couleur fluorescente.
Dans l’autre cristal, pCP-iPr, les molécules ne forment pas ces couches empilées. Le changement de couleur provient donc principalement de modifications subtiles au sein des molécules individuelles constituant le cristal, entraînant un déplacement beaucoup plus faible et une couleur moins intense.
« Dans des conditions de pression ultra-élevée, nous avons découvert que les cyclophanes, comme le [2.2]paracyclophane, agissent comme des ressorts, s’étendant et se contractant pour modifier la couleur luminescente via des changements dans les interactions moléculaires », a expliqué le professeur Matsui.
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Ensemble, ces résultats révèlent que l’appariement moléculaire et la structure moléculaire interne affectent la façon dont les matériaux répondent à la pression, fournissant des indications précieuses pour concevoir de futurs matériaux sensibles à la pression.
Le professeur Ikeda a conclu : « Puisque les matériaux fonctionnent non seulement dans des assemblages moléculaires, comme les états cristallins, mais aussi en monocouches, la compréhension de ces deux processus devrait devenir une nouvelle stratégie de conception moléculaire. »
Les résultats ont été publiés dans le Journal of Materials Chemistry C.
Article : The role of a [2.2]paracyclophane moiety in piezofluorochromism of crystalline organoboron complexes – Journal : Journal of Materials Chemistry C – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : OMU
