Les scientifiques se sont inspirés du biomimétisme des ailes de papillon et des plumes de paon pour développer un matériau innovant de type opale qui pourrait être la pierre angulaire des capteurs intelligents de la prochaine génération.

Une équipe internationale de scientifiques, dirigé par les universités de Surrey et de Sussex, a développé un changement de couleur, cristaux photoniques flexibles qui pourraient être utilisés pour développer des capteurs qui avertissent du prochain tremblement de terre.

Le portable, des capteurs robustes et économiques peuvent réagir de manière sensible à la lumière, Température, souche ou d'autres stimuli physiques et chimiques, ce qui en fait une option extrêmement prometteuse pour des applications de détection visuelle intelligentes rentables dans une gamme de secteurs, y compris les soins de santé et la sécurité alimentaire.

Dans une étude publiée par la revue Matériaux fonctionnels avancés , les chercheurs décrivent une méthode pour produire des cristaux photoniques contenant une quantité minuscule de graphène résultant en un large éventail de qualités souhaitables avec des sorties directement observables à l'œil nu.

Intensément verte sous la lumière naturelle, les capteurs extrêmement polyvalents changent de couleur en bleu lorsqu'ils sont étirés ou deviennent transparents après avoir été chauffés.

Dr Izabela Jurewicz, Maître de conférences en physique de la matière molle à la Faculté d'ingénierie et de sciences physiques de l'Université de Surrey, a déclaré "Ce travail fournit la première démonstration expérimentale de mécaniquement robuste mais doux, autonome et flexible, opales à base de polymère contenant du graphène vierge exfolié en solution. Bien que ces cristaux soient beaux à regarder, nous sommes également très enthousiasmés par l'impact énorme qu'ils pourraient avoir sur la vie des gens."

Alain Dalton, Professeur de physique expérimentale à l'École des sciences mathématiques et physiques de l'Université du Sussex, a déclaré:"" Notre recherche ici s'est inspirée des incroyables capacités de biomimétisme des ailes de papillon, plumes de paon et coquilles de scarabée dont la couleur provient de la structure et non des pigments. Alors que la nature a développé ces matériaux sur des millions d'années, nous rattrapons lentement notre retard sur une période beaucoup plus courte."

Parmi leurs nombreuses applications potentielles, citons :

• Indicateurs temps-température (TTI) pour un emballage intelligent - Les capteurs sont capables de donner une indication visuelle si périssables, tels que les aliments ou les produits pharmaceutiques, ont connu des histoires temps-température indésirables. Les cristaux sont extrêmement sensibles même à une petite augmentation de température entre 20 et 100 degrés C.
• Analyse des empreintes digitales—Leurs caractéristiques de mémoire de forme sensibles à la pression sont intéressantes pour les applications biométriques et anti-contrefaçon. Appuyer sur les cristaux avec un doigt nu peut révéler des empreintes digitales avec une grande précision montrant des crêtes bien définies de la peau.
• Biodétection—Les cristaux photoniques peuvent être utilisés comme échafaudages tissulaires pour comprendre la biologie et les maladies humaines. Si fonctionnalisés avec des biomolécules, ils pourraient servir de dispositifs de test aux points de service hautement sensibles pour les virus respiratoires offrant peu de frais, fiable, systèmes de biodétection conviviaux.
• Surveillance bio/santé—La réponse mécanochrome des capteurs permet leur application en tant que capteurs corporels qui pourraient aider à améliorer la technique chez les sportifs.
• Sécurité des soins de santé - Les scientifiques suggèrent que les capteurs pourraient être utilisés dans un bracelet qui change de couleur pour indiquer aux patients si leur professionnel de la santé s'est lavé les mains avant d'entrer dans une salle d'examen.

La recherche s'appuie sur l'expertise du Materials Physics Group (Université du Sussex) dans le traitement liquide des nanomatériaux bidimensionnels, L'expérience de Soft Matter Group (Université de Surrey) dans les colloïdes polymères et la combine avec l'expertise de l'Advanced Technology Institute dans la modélisation optique de matériaux complexes. Les deux universités travaillent avec la société Advanced Materials Development (AMD) Ltd basée dans le Sussex pour commercialiser la technologie.

Joseph Keddie, Professeur de physique de la matière molle à l'Université de Surrey, a déclaré :« Les particules de polymère sont utilisées pour fabriquer des objets du quotidien tels que des encres et des peintures. Dans cette recherche, nous avons pu distribuer finement le graphène à des distances comparables aux longueurs d'onde de la lumière visible et avons montré comment l'ajout d'infimes quantités de matériau miracle bidimensionnel conduit à l'émergence de nouvelles capacités."

John Lee, PDG d'Advanced Materials Development (AMD) Ltd, a déclaré : « étant donné la polyvalence de ces cristaux, cette méthode représente un simple, approche peu coûteuse et évolutive pour produire des opales synthétiques multifonctionnelles infusées de graphène et ouvre des applications passionnantes pour de nouvelles photoniques à base de nanomatériaux. Nous sommes très heureux de pouvoir le commercialiser dans un avenir proche. »