Un nouveau matériau capable d’amplifier l’énergie de la lumière

Un collectif de scientifiques et d’ingénieurs a créé une nouvelle catégorie de matériaux capable d’absorber la lumière à faible énergie et de la convertir en lumière à énergie plus élevée.

Composé de nanoparticules de silicium ultra-petites et de molécules organiques étroitement liées à celles employées dans les téléviseurs OLED, ce nouveau composite transporte efficacement les électrons entre ses composants organiques et inorganiques.

Ceci ouvre la voie à des panneaux solaires plus performants, à des images médicales plus précises et à des lunettes de vision nocturne de meilleure qualité.

« Ce processus nous offre une toute nouvelle méthode pour concevoir des matériaux« , a déclaré Sean Roberts, professeur associé de chimie à l’UT Austin. « Il nous permet de prendre deux substances extrêmement différentes, le silicium et les molécules organiques, et de les lier suffisamment fort pour créer non pas juste un mélange, mais un nouveau matériau hybride dont les propriétés sont totalement distinctes de chacun des deux composants. »

Les composites sont constitués de deux composants ou plus qui acquièrent des propriétés uniques lorsqu’ils sont combinés. Par exemple, les composites de fibres de carbone et de résines sont utilisés comme matériaux légers pour les ailes d’avions, les voitures de course et de nombreux produits sportifs.

Dans l’article co-écrit par Sean Roberts, les composants inorganiques et organiques sont combinés pour montrer une interaction unique avec la lumière.

Parmi ces propriétés figure la capacité de transformer des photons à longue longueur d’onde — le type trouvé dans la lumière rouge, qui a tendance à bien voyager à travers les tissus, le brouillard et les liquides — en photons bleus ou ultraviolets à courte longueur d’onde, qui sont le type qui fait généralement fonctionner les capteurs ou produit une large gamme de réactions chimiques.

Cela signifie que le matériau pourrait se révéler utile dans de nouvelles technologies aussi diverses que la bio-imagerie, l’impression 3D basée sur la lumière et les capteurs de lumière qui peuvent être utilisés pour aider les voitures autonomes à traverser le brouillard.

« Ce concept pourrait permettre de créer des systèmes capables de voir en proche infrarouge« , a déclaré Roberts. « Cela peut être utile pour les véhicules autonomes, les capteurs et les systèmes de vision nocturne. »

La capacité à transformer la lumière à faible énergie en une énergie plus élevée peut également potentiellement aider à augmenter l’efficacité des cellules solaires en leur permettant de capter la lumière proche de l’infrarouge qui passerait normalement à travers elles.

Lorsque la technologie est optimisée, la capture de la lumière à faible énergie pourrait réduire la taille des panneaux solaires de 30%.

Les membres de l’équipe de recherche travaillent sur la conversion de la lumière de ce type depuis plusieurs années. Dans un précédent article, ils ont décrit avec succès la connexion de l’anthracène, une molécule organique qui peut émettre de la lumière bleue, avec du silicium, un matériau utilisé dans les panneaux solaires et dans de nombreux semi-conducteurs.

Cherchant à amplifier l’interaction entre ces matériaux, l’équipe a développé une nouvelle méthode pour forger des ponts électriquement conducteurs entre l’anthracène et les nanocristaux de silicium. Le fort lien chimique qui en résulte augmente la vitesse à laquelle les deux molécules peuvent échanger de l’énergie, doublant presque l’efficacité de conversion de la lumière à faible énergie en lumière à énergie plus élevée, par rapport à la précédente percée de l’équipe.

Le matériau est décrit dans un nouvel article paru dans Nature Chemistry.

La recherche a été financée par la National Science Foundation, la Welch Foundation, la W.M. Keck Foundation, et le Air Force Office of Scientific Research.

Kefu Wang et Ming Lee Tang de l’Université de l’Utah, R. Peyton Cline et Joel D. Eaves de l’Université du Colorado Boulder, Joseph Schwan et Lorenzo Mangolini de l’Université de Californie Riverside et Jacob M. Strain de l’UT Austin ont également beaucoup contribué à la recherche.