Au coeur de la recherche d’une nouvelle génération de matériaux écologiques, le laboratoire Cellulose & Wood Materials d’Empa à Dübendorf en Suisse dévoile une réalisation sensationnelle : un matériau à base de cellulose et de nanotubes de carbone, changeant de couleur, conducteur d’électricité, imprimable en 3D et biodégradable.
L’innovation, loin d’être une simple idée scientifique, marque une avancée sans précédent vers un avenir durable.
La magie de l’hydroxypropyl cellulose
L’équipe de chercheurs a débuté ses travaux avec l’hydroxypropyl cellulose (HPC), un excipient couramment utilisé dans les produits pharmaceutiques, cosmétiques et alimentaires. Lorsqu’il est mélangé à l’eau, l’HPC forme des cristaux liquides. Leur particularité réside dans leur capacité à changer de couleur en fonction de leur structure, sans posséder de couleur ou de pigment propre.
Ce phénomène, appelé coloration structurale, est couramment observé dans la nature. Les plumes de paon, les ailes de papillon et la peau de caméléon tirent leur coloration brillante non pas de pigments, mais de structures microscopiques qui réfractent la lumière du jour en couleurs spectrales, ne reflétant que certaines longueurs d’onde.
Une meilleure maîtrise de la coloration
Sous la direction de Gustav Nyström, les chercheurs ont ajouté 0,1 pour cent en poids de nanotubes de carbone au mélange d’HPC et d’eau pour renforcer ses propriétés. Cela rend le liquide électriquement conducteur, permettant ainsi de contrôler la température, et donc la couleur des cristaux liquides, en appliquant une tension. De plus, le carbone agit comme un absorbeur large bande, intensifiant la profondeur des couleurs.
En intégrant une petite quantité de nanofibres de cellulose dans le mélange, l’équipe de Nyström a également réussi à le rendre imprimable en 3D, sans affecter la coloration structurale et la conductivité électrique.
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Des applications pour une technologie durable
Grâce à ce mélange innovant de cellulose, l’équipe d’Empa a pu réaliser diverses applications potentielles de la nouvelle technologie. Celles-ci comprennent un capteur de déformation qui change de couleur en réponse à une déformation mécanique, ainsi qu’un simple affichage à sept segments.
« Nous avons déjà développé dans notre laboratoire différents composants électroniques à base de cellulose, comme des batteries et des capteurs« , explique Xavier Aeby, co-auteur de l’étude. « C’est maintenant la première fois que nous avons également pu développer un écran à base de cellulose« .
Perspectives d’avenir
L’encre à base de cellulose pourrait avoir de nombreuses autres applications à l’avenir, comme des capteurs de température et de déformation, pour le contrôle de la qualité des aliments ou le diagnostic biomédical.
« Les matériaux durables imprimables en 3D sont d’un grand intérêt, en particulier pour les applications dans les domaines de l’électronique biodégradable et de l’Internet des Objets« , conclut Gustav Nyström.
En synthèse
Le développement de ce nouveau matériau par Empa ouvre des perspectives prometteuses pour l’avenir. La possibilité de contrôler la coloration structurale, l’impression en 3D et la biodégradabilité fait de ce matériau une avancée majeure dans le domaine de la technologie durable.
