L'aérobornitride diffuse la lumière d'un faisceau laser de manière homogène dans toutes les directions. Crédit :Florian Rasch
Avec une porosité de 99,99 %, il se compose pratiquement uniquement d'air, ce qui en fait l'un des matériaux les plus légers au monde :Aerobornitride est le nom du matériau développé par une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université de Kiel. Les scientifiques supposent qu'ils ont ainsi créé une base centrale pour amener la lumière laser dans une large gamme d'applications. A base d'un composé bore-azote, ils ont développé une nanostructure tridimensionnelle spéciale qui diffuse très fortement la lumière et l'absorbe à peine. Irradié avec un laser, le matériau émet un éclairage uniforme, lequel, selon le type de laser, est beaucoup plus efficace et puissant que la lumière LED. Ainsi, lampes pour phares de voiture, les projecteurs ou l'éclairage des pièces avec lumière laser pourraient devenir plus petits et plus lumineux à l'avenir. L'équipe de recherche présente ses résultats dans le numéro actuel de la célèbre revue Communication Nature , qui a été publié aujourd'hui.
Plus de lumière dans le plus petit espace
Dans la recherche et l'industrie, La lumière laser a longtemps été considérée comme la « prochaine génération » de sources lumineuses pouvant même dépasser l'efficacité des LED (diodes électroluminescentes). "Pour très lumineux ou beaucoup de lumière, vous avez besoin d'un grand nombre de LED et donc d'espace. Mais la même quantité de lumière pourrait également être obtenue avec une seule diode laser plus petite d'un millième, " Le Dr Fabian Schütt souligne le potentiel. Le scientifique des matériaux du groupe de travail " Nanomatériaux fonctionnels " de l'Université de Kiel est le premier auteur de l'étude, qui implique d'autres chercheurs d'Allemagne, Angleterre, Italie, Danemark et Corée du Sud.
De petites sources lumineuses puissantes permettent de nombreuses applications. Les premières applications de test, comme dans les phares de voiture, sont déjà disponibles, mais les lampes laser ne sont pas encore largement acceptées. D'un côté, cela est dû à l'intensité, lumière dirigée des diodes laser. D'autre part, la lumière est constituée d'une seule longueur d'onde, il est donc monochromatique. Cela conduit à un scintillement désagréable lorsqu'un faisceau laser frappe une surface et y est réfléchi.
Bornitride, sur lequel est basé le nouveau matériau léger, est également appelé « graphène blanc » en raison de sa structure atomique similaire. Crédit :Julia Siekmann, CAU
La structure poreuse diffuse la lumière extrêmement fortement
« Les développements antérieurs de la lumière laser fonctionnent normalement avec des luminophores. Cependant, ils produisent une lumière relativement froide, ne sont pas stables à long terme et ne sont pas très efficaces, " dit le professeur Rainer Adelung, chef du groupe de travail. L'équipe de recherche de Kiel adopte une approche différente :ils ont développé une nanostructure hautement diffusante de nitrure de bore hexagonal, également connu sous le nom de « graphène blanc, " qui n'absorbe presque pas de lumière. La structure est constituée d'un réseau en filigrane d'innombrables microtubes creux et fins. Lorsqu'un faisceau laser les frappe, il est extrêmement dispersé à l'intérieur de la structure du réseau, créer une source lumineuse homogène. "Notre matière agit plus ou moins comme un brouillard artificiel qui produit un uniforme, flux lumineux agréable, " explique Schütt. La forte diffusion contribue également au fait que le scintillement gênant n'est plus visible à l'œil humain.
La nanostructure garantit non seulement que le matériau résiste à la lumière laser intense, mais peut également diffuser différentes longueurs d'onde. Rouge, la lumière laser verte et bleue peut être mélangée afin de créer des effets de couleur spécifiques en plus du blanc normal, par exemple, pour une utilisation dans un éclairage de pièce innovant. Ici, des diodes laser extrêmement légères pourraient conduire à des concepts de conception complètement nouveaux à l'avenir. "Toutefois, afin de concurrencer les LED à l'avenir, l'efficacité des diodes laser doit également être améliorée, " précise Schütt. L'équipe de recherche est désormais à la recherche de partenaires industriels pour passer du laboratoire à l'application.
Dans le fin réseau de tubes creux mesurant seulement quelques micromètres, les faisceaux laser incidents sont si fortement diffusés qu'une lumière blanche homogène est produite. Crédit :Université de Kiel
En raison de sa structure interne, le matériau peut diffuser différentes longueurs d'onde, c'est-à-dire vert, lumière laser rouge et bleue. Crédit :Fabian Schütt
Large gamme d'applications pour les aéromatériaux
Pendant ce temps, les chercheurs de Kiel peuvent utiliser leur méthode pour développer des nanostructures hautement poreuses pour différents matériaux, outre le nitrure de bore, également le graphène ou le graphite. De cette façon, de plus en plus nouveau, matériaux légers, dits "aéromatériaux, " sont créées, qui permettent des applications particulièrement innovantes. Par exemple, les scientifiques mènent actuellement des recherches en collaboration avec des entreprises et d'autres universités pour développer des filtres à air autonettoyants pour les avions.
