Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo et de l'Université Shimane ont créé un film hybride transparent qui combine des minéraux argileux naturels et des colorants dans un matériau qui change de couleur en réponse à l'humidité ambiante. Le changement de couleur n'implique pas la rupture des liaisons chimiques; l'équipe a découvert un nouveau mécanisme qui rend le processus facilement réversible, pour une fonctionnalité durable en utilisant des matériaux respectueux de l'environnement. Les applications incluent les capteurs environnementaux, et une amplification de la lumière de pointe dans les écrans.

La combinaison de colorants avec une large gamme de minéraux naturels comme les clathrates (argiles) et les zéolites (roche poreuse) est une méthode largement appliquée, stratégie prometteuse pour créer des matériaux hybrides pouvant interagir avec la lumière, ou des matériaux "chromiques". La structure physique de ces matériaux joue un rôle clé; minuscule, des cavités de taille nanométrique hébergent des molécules photosensibles qui se comportent différemment de lorsqu'elles sont libres en solution, avec des applications potentielles aux dispositifs électroluminescents, récolte de lumière (comme dans les cellules solaires) et nouveaux capteurs. Une équipe dirigée par le professeur Takuya Fujimura du Département de physique et science des matériaux, Université Shimane, et le professeur Shinsuke Takagi du Département de chimie appliquée, Université métropolitaine de Tokyo, ont créé un film transparent composé d'un minéral argileux respectueux de l'environnement et d'un colorant, porphyrine de magnésium, qui change de couleur en réponse à l'humidité.

Ce qui rend ce film spécial, c'est le mécanisme par lequel il réalise un changement aussi frappant. Les argiles ont une structure en couches, avec des espaces minces à l'échelle nanométrique entre les deux. L'équipe a réalisé une percée technique en introduisant le colorant dans ces espaces sans former d'agrégats, pour assurer une réponse efficace. Les couches d'argile changent leur espacement en réponse à l'humidité; le confinement du colorant change. Plus précisement, les électrons entourant la molécule de colorant, en particulier ceux impliqués dans la façon dont il interagit avec la lumière, sont faits pour s'aligner avec certains groupes chimiques dans l'argile, changeant radicalement sa couleur. Notez qu'aucune liaison chimique n'est rompue ou créée. Cela rend le film plus compatible avec les commutations répétées, avec moins de dégradation du matériau.

Le film n'est pas seulement plus durable. L'argile et le colorant pourraient tous deux être des matériaux d'origine naturelle. Cela signifie un coût inférieur, sécurité améliorée et compatibilité accrue avec l'environnement. L'équipe espère appliquer le film et le nouveau mécanisme aux capteurs et à l'amplification dans les dispositifs électroluminescents.

Ce travail est rapporté dans Langmuir .