Une surface affiche des couleurs structurelles lorsque la lumière est réfléchie par de minuscules, éléments structurels réguliers dans un matériau transparent. Les chercheurs ont maintenant développé une méthode pour fabriquer des couleurs structurelles à partir de polymères à base de cellulose en utilisant des gouttelettes enrobées qui existent dans un fluide environnant, ce qu'on appelle des billes liquides. Le système réagit facilement aux changements environnementaux, ce qui le rend intéressant pour des applications dans les capteurs biosourcés et les éléments photoniques mous, selon l'étude publiée dans la revue Angewandte Chemie .

Les couleurs structurelles sont un moyen de colorer un matériau sans utiliser de colorant. Au lieu, le matériau transparent génère de la couleur par l'agencement régulier de ses molécules ou d'autres éléments, comme vu, par exemple, dans les ondulations des écailles de poissons multicolores et de papillons, ou en nanocristaux disposés à certaines distances, comme dans la peau qui change de couleur des caméléons.

Manos Anyfantakis et ses collègues de l'Université du Luxembourg ont identifié un moyen de contrôler le terrain, la distance d'un tour hélicoïdal complet dans un polymère, comme un élément structurel sur lequel une réflexion peut se produire et des couleurs structurelles apparaissent. Les scientifiques peuvent préparer des phases cristallines liquides de biopolymères avec des brais générant des couleurs structurelles - appelées phases cholestériques - mais ces préparations dépendent de nombreux paramètres et nécessitent beaucoup de temps pour atteindre l'équilibre.

Maintenant, Anyfantakis et ses collègues ont découvert une méthode plus rapide et mieux contrôlable, en utilisant des billes liquides comme plate-forme pour l'auto-assemblage contrôlé de couleurs structurelles à base de biopolymères. Les billes liquides sont des gouttelettes millimétriques de solutions cristallines liquides, qui sont recouverts de nanoparticules. Le revêtement protège le liquide du mélange avec le fluide extérieur, mais permet toujours une certaine interaction, dépend de la nature des deux liquides.

Dans ce cas, les scientifiques ont préparé des billes liquides à partir d'une solution aqueuse d'hydroxypropylcellulose, un polymère cellulosique modifié qui s'oriente dans les phases cholestériques, enrobées de nanoparticules de silice. Ces billes liquides à base de cellulose étaient d'abord incolores, mais leur permettre de rester pendant un certain temps dans un volume défini d'un solvant organique a lentement provoqué des couleurs vives de rouge, vert, et bleu.

Les couleurs étaient le résultat d'un changement de concentration dans les gouttelettes, les auteurs ont découvert. Le solvant organique extrait lentement l'eau des billes liquides, ce qui a amené le biopolymère à adopter une forme cristalline adaptée aux couleurs structurelles. La lenteur et la contrôlabilité étaient essentielles, les auteurs ont souligné, car « cela donne suffisamment de temps aux molécules de polymère pour s'adapter au changement de concentration, s'organiser avec un nouveau terrain d'équilibre, " ont-ils expliqué.

La méthode est élégante et simple, et les couleurs ne dépendent que du volume du solvant organique. Les scientifiques ont également introduit des stimuli externes tels que la chaleur, pression, ou l'exposition aux produits chimiques et les changements de couleur caractéristiques observés, correspondant à une taille de pas variable. Ces décalages étaient réversibles :lors de la réapplication des conditions normales, les billes liquides ont retrouvé leurs couleurs d'origine, observent les auteurs.

Les auteurs pensent que les billes liquides à base de biopolymères pourraient offrir une voie de synthèse rentable, écologique, et des capteurs durables.