Les microsphères synthétiques avec des trous nanométriques peuvent absorber la lumière de toutes les directions sur une large gamme de fréquences, ce qui en fait un candidat pour les revêtements antireflet, selon une équipe d'ingénieurs de Penn State. Les sphères synthétiques expliquent également comment l'insecte cicadelle utilise des particules similaires pour se cacher des prédateurs dans son environnement.

Les scientifiques savent depuis longtemps que les cicadelles extrudent des microparticules, appelés brochosomes, et essuyez-les sur leurs ailes. Parce que les particules sont superhydrophobes, les ailes de la cicadelle restent sèches dans des conditions humides. Ce qui n'était pas compris avant les travaux actuels, c'est que les brochosomes permettent également aux cicadelles et à leurs œufs de se fondre dans leur arrière-plan aux longueurs d'onde de la lumière visibles par leurs principaux prédateurs, comme la coccinelle.

"Nous savions que nos particules synthétiques pouvaient être intéressantes optiquement en raison de leur structure, " dit Tak-Sing Wong, professeur adjoint de génie mécanique et professeur de début de carrière de la famille Wormely en génie. "Nous ne savions pas, jusqu'à ce que mon ancien post-doctorant et auteur principal de l'étude Shikuan Yang en parle lors d'une réunion de groupe, que la cicadelle a fabriqué ces revêtements non collants avec une structure naturelle très similaire à nos revêtements synthétiques. Cela nous a amenés à nous demander comment la cicadelle utilisait ces particules dans la nature. »

Une recherche dans la littérature scientifique n'a rien révélé sur l'utilisation des brochosomes des cicadelles comme camouflage. Mais la taille des creux dans les microsphères synthétiques est très proche de la longueur d'onde de la lumière, et peut capturer jusqu'à 99% de la lumière, allant de l'ultraviolet au visible et au proche infrarouge. La surface des particules agit comme un métamatériau, le type de matériau utilisé dans les dispositifs de camouflage.

« Le problème, c'est que sur le terrain, ces cicadelles produisent très peu de ce produit, et il est très difficile à collecter, " dit Wong. " Mais nous avions déjà produit de grandes quantités de ces structures dans le laboratoire, assez pour mettre à l'intérieur d'une machine pour regarder leurs propriétés optiques."

Dans un article publié en ligne aujourd'hui (3 novembre) dans Communication Nature, les chercheurs ont simulé la vision des insectes et ont découvert que les brochosomes sont très probablement des revêtements de camouflage contre les prédateurs des cicadelles. Le camouflage est commun dans la nature, mais il existe très peu d'exemples de revêtements antireflet naturels, les yeux de papillon étant une exception notable. Les yeux des mites sont recouverts de nanostructures antireflet qui empêchent la lumière de se refléter sur eux la nuit lorsque les prédateurs pourraient les voir.

Les microsphères synthétiques sont produites via un processus assez complexe en cinq étapes utilisant un dépôt électrochimique. Cependant, le processus peut être étendu et de nombreux matériaux différents peuvent être utilisés pour fabriquer les brochosomes synthétiques, comme l'or, argent, l'oxyde de manganèse ou encore un polymère conducteur.

« Différents matériaux auront leurs propres applications, " dit Wong. " Par exemple, L'oxyde de manganèse est un matériau très populaire utilisé dans les supercondensateurs et les batteries. En raison de sa grande surface, cette particule pourrait faire une bonne électrode de batterie et permettre un taux de réaction chimique plus élevé."

En tant que revêtement antireflet, ce matériau pourrait avoir des applications dans les capteurs et les caméras, où capturer la réflexion de la lumière indésirable pourrait augmenter le rapport signal/bruit. Cela pourrait également être particulièrement utile dans les télescopes. Pour les applications de cellules solaires, un revêtement de brochosomes synthétiques pourrait augmenter la capture de la lumière à plusieurs longueurs d'onde et sous tous les angles en raison de la structure en forme de ballon de football 3D des sphères, rendant inutile la construction d'appareils pour suivre le soleil.

"Cet article est plus une étude fondamentale, " dit Wong. " Dans le futur, nous pouvons essayer d'étendre la structure à des longueurs d'onde plus longues. Si nous agrandissions un peu la structure, pourrait-il absorber des ondes électromagnétiques plus longues telles que l'infrarouge moyen et ouvrir de nouvelles applications dans la détection et la récupération d'énergie ? »

Cela reste à étudier.