Mas Subramanian, professeur distingué de chimie et collaborateurs de l'OSU rapportent les résultats de l'étude dans la revue Chemistry of Materials. .

Les nouveaux pigments, qui pourraient être utilisés comme revêtements économes en énergie pour les véhicules et les bâtiments, sont à base de chrome divalent, Cr ²⁺ . , et sont les premiers à l'utiliser comme chromophore ; les chromophores sont les parties d'une molécule qui déterminent la couleur en réfléchissant certaines longueurs d'onde de la lumière tout en en absorbant d'autres.

"À ce jour, aucun minéral terrestre n'a été signalé comme contenant du chrome à l'état divalent comme l'un des composants", a déclaré Subramanian, professeur Milton Harris de science des matériaux à l'OSU College of Science. "Cependant, l'analyse d'échantillons de minéraux lunaires collectés lors des missions Apollo a montré la présence de chrome à l'état divalent."

Le chrome divalent possède le même nombre d'électrons non appariés que le manganèse trivalent, le chromophore responsable de la couleur intense du bleu YInMn, découvert par l'équipe de Subramanian il y a 15 ans. The Shepherd Color Company a autorisé le bleu YInMn à être utilisé dans une large gamme de revêtements et de plastiques, et a également inspiré une nouvelle couleur de crayon Crayola :Bluetiful.

Lorsque le bleu YInMn a été découvert, les chercheurs expérimentaient de nouveaux matériaux pouvant être utilisés dans des applications électroniques et mélangeaient de l'oxyde de manganèse (de couleur noire) avec d'autres produits chimiques, puis les chauffaient dans un four à près de 2 400 degrés Fahrenheit.

L’un de leurs échantillons s’est avéré être un bleu brillant, nommé bleu YInMn d’après les éléments constitutifs yttrium, indium et manganèse. Il s'agissait de la première découverte de pigment bleu en deux siècles et d'un énorme progrès en termes de sécurité, de durabilité et d'éclat.

Dans la nouvelle étude, Subramanian, l'associé de recherche Jun Li et l'étudiant diplômé Anjali Verma se sont inspirés du cuivre divalent qui sert de chromophore dans le bleu égyptien, qui est le premier pigment synthétique connu au monde et date d'il y a plus de 5 000 ans.

Les chercheurs ont remplacé le cuivre divalent du bleu égyptien par du chrome divalent, ce qui a donné lieu à des pigments magenta rougeâtres durables. Pour stabiliser le chrome divalent sur Terre, les chercheurs ont maintenu des températures élevées, près de 2 500 degrés Fahrenheit, sous vide poussé pendant la synthèse qui a commencé à partir du chrome métallique, du trioxyde de chrome et d'autres produits chimiques.

"La plupart des pigments de couleur magenta utilisés aujourd'hui sont des produits chimiques organiques et souffrent de problèmes de stabilité lorsqu'ils sont exposés aux rayons ultraviolets et à la chaleur du soleil, car ils peuvent rompre les liaisons chimiques organiques", a déclaré Subramanian. "Les pigments magenta inorganiques sont rares et la plupart nécessitent une quantité importante de sels de cobalt dangereux pour les humains et l'environnement."

Les pigments magenta développés par les chercheurs de l'OSU sont thermiquement et chimiquement inertes en raison de leur température de préparation élevée et restent inchangés structurellement et optiquement lors d'une exposition à des acides et à des alcalis, notent les auteurs.

De plus, contrairement aux pigments contenant du cobalt, les pigments magenta à base de chrome réfléchissent fortement la chaleur du soleil, ce qui signifie qu'ils ont une propriété de refroidissement qui entraînerait des économies d'énergie pour les voitures et les structures qui en sont recouvertes.

"La plupart des pigments sont découverts par hasard", a déclaré Subramanian. "La raison en est que l'origine de la couleur d'un matériau dépend non seulement de la composition chimique, mais également de la disposition complexe des atomes dans la structure cristalline. Quelqu'un doit donc d'abord fabriquer le matériau en laboratoire, puis étudier sa structure cristalline. en détail pour expliquer la couleur."

Malgré les progrès récents dans les théories de la mécanique quantique et les méthodes informatiques, il est encore difficile de prédire une structure cristalline qui produira un pigment inorganique intense d'une couleur souhaitée, a-t-il ajouté.

"Nous avons eu de la chance la première fois avec le bleu YInMn, et maintenant nous proposons des principes fondamentaux de conception chimique et structurelle cristalline pour créer de manière rationnelle de nouveaux pigments", a-t-il déclaré.

"La détermination des ingrédients structurels clés nécessaires à la création de couleurs vives devrait permettre des délais plus courts entre les découvertes de pigments. La science ne suit pas toujours un chemin prescrit, mais nous explorons des pigments contenant du chrome divalent comme chromophore dans divers environnements de coordination dans les structures cristallines de divers composés inorganiques."