Les propriétés optiques uniques des cristaux liquides cholestériques (CLC), inspirées de la nature, ouvrent la voie à de nouvelles applications anti-contrefaçon grâce aux recherches de l’université de Nagoya.
Si vous avez déjà remarqué les ailes irisées des papillons ou le revêtement brillant de la carapace de certains coléoptères, vous avez observé ce que les CLC peuvent faire. Ces derniers sont synthétisés en laboratoire pour leurs couleurs et propriétés inhabituelles, entre liquide et cristal.
Les CLC possèdent une structure moléculaire hélicoïdale unique qui leur confère des propriétés de réflexion sélective de la lumière à des longueurs d’onde spécifiques. La distance verticale entre les boucles de l’hélice, appelée « pas« , détermine la longueur d’onde réfléchie : un pas court reflète les courtes longueurs d’onde, générant des couleurs bleues et violettes, tandis qu’un pas plus long donne des rouges et oranges.
De plus, l’orientation de l’observateur par rapport à l’hélice modifie la couleur perçue. Une infinité de nuances est ainsi possible selon l’angle de vue.
Des particules sphériques pour contrôler les propriétés optiques
Pour exploiter plus efficacement les CLC, les chercheurs créent des particules sphériques de CLC. Celles-ci incorporent l’hélice en 3D, permettant de mieux contrôler les couleurs. Néanmoins, la taille pose problème, les méthodes actuelles ne permettant d’obtenir que des sphères de 100 micromètres, trop grosses pour la plupart des applications.
Pour résoudre ce problème, Jialei He et Yukikazu Takeoka de l’université de Nagoya ont mis au point avec leurs collègues une technique de polymérisation en dispersion utilisant un mélange de solvants. Ils ont ainsi réussi à fabriquer des sphères de CLC de quelques micromètres seulement.
La mono-dispersité en taille et la courbure des particules influençant le « pas » des CLC, ils ont optimisé la sphéricité et l’uniformité de taille. Ils ont aussi découvert que la couleur pouvait être contrôlée par la taille des sphères. Un revêtement de polydiméthylsiloxane a également amélioré la coloration et la stabilité thermique.
Vers des codes QR anticontrefaçon
Cette avancée ouvre la voie à des applications comme des codes QR sécurisés, impossibles à dupliquer. En combinant la couleur des sphères de CLC, chirales, avec des pigments commerciaux achiraux, on peut créer un code seulement lisible avec un polariseur circulaire spécifique.
« Le développement de particules CLC sphériques résultant de cette recherche offrira de nouvelles possibilités pour des fonctions de couleur structurelle à faible coût différentes de celles des matériaux colorés conventionnels« , souligne le Dr Takeoka. « En plus d’être utilisé comme pigment fonctionnel spécial pour la lutte contre la contrefaçon, il peut également être utilisé pour d’autres applications qui tirent parti de la couleur structurelle polarisée circulairement avec une faible dépendance à l’angle. »
En synthèse
Les chercheurs de Nagoya ont mis au point une méthode de production de microsphères de cristaux liquides cholestériques de taille contrôlée. Leurs propriétés optiques uniques ouvrent la voie à des applications innovantes comme des codes QR anticontrefaçon.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que les cristaux liquides cholestériques ?
Les CLC sont des cristaux liquides ayant une structure moléculaire hélicoïdale. Cela leur confère des propriétés de réflexion sélective de la lumière responsables de couleurs particulières.
Comment contrôler la couleur des CLC ?
En créant des microsphères de CLC monodisperses. Leur taille et leur courbure influencent le « pas » de l’hélice qui détermine la longueur d’onde réfléchie.
Quelle innovation permet cette étude ?
La mise au point d’une technique de production de microsphères de CLC de quelques micromètres seulement et de taille contrôlée.
Quelles applications sont envisagées ?
Des codes QR anticontrefaçon grâce aux propriétés de chiralité des CLC, ainsi que d’autres applications tirant parti de leur coloration structurale.
