DLC HAT-6 humidifié sur des surfaces d'organosilane à motifs avec une période de structuration de 25 m. a) et b) l'orientation est de ±45deg. aux polariseurs, c) et d) avec le compensateur en place. La différence de couleur indique que l'axe lent est parallèle à la direction de la bande. Crédit image :Jonathan P. Bramble et al. Matériaux fonctionnels avancés.
Des scientifiques de l'Université de Leeds ont mis au point une nouvelle technique qui leur permet de fabriquer des nanofils moléculaires à partir de fines bandes de molécules en forme d'anneau connues sous le nom de cristaux liquides discotiques (DLC).
Les résultats pourraient être une étape importante dans le développement d'appareils électroniques de prochaine génération, comme les cellules de récolte de lumière et les biocapteurs à faible coût qui pourraient être utilisés pour tester la qualité de l'eau dans les pays en développement.
Les DLC sont des molécules en forme de disque qui sont l'un des candidats les plus prometteurs pour les appareils électroniques organiques. Cependant, contrôler leur alignement s'est avéré difficile pour les scientifiques et cela a constitué un obstacle majeur à leur utilisation dans l'industrie des écrans à cristaux liquides et en tant que fils moléculaires.
"Les molécules DLC ont tendance à s'empiler les unes sur les autres comme un tas de pièces, " a déclaré le chercheur professeur Stephen Evans de l'Université de Leeds. " Mais la difficulté vient de contrôler l'orientation de tels empilements colonnaires par rapport à la surface sur laquelle ils reposent. Ceci est crucial pour leur future application.
"Traditionnellement, les scientifiques ont essayé d'aligner les DLC simplement en frottant la surface sur laquelle ils reposent avec un chiffon pour créer des micro-rainures. Cette méthode assez primitive fonctionne bien pour les zones macroscopiques, mais pour les nouvelles générations d'appareils, nous devons contrôler avec précision la façon dont les cristaux liquides s'arrangent à la surface."
L'équipe de Leeds, dirigé par le professeur Richard Bushby et le professeur Evans, a développé une technique complètement nouvelle utilisant des surfaces à motifs pour contrôler sélectivement l'alignement, leur permettant d'empiler soigneusement les piles pour créer des « fils » moléculaires.
La technique consiste à imprimer des feuilles d'or ou de silicium avec des monocouches auto-assemblées, qui peut être modelé avec des « bandes » de haute et basse énergie. Lorsqu'une goutte de cristal liquide est appliquée sur cette surface à motifs et chauffée, il s'étale spontanément comme des doigts liquides sur les bandes à haute énergie, laissant à nu les régions à basse énergie.
Le professeur Evans a déclaré :« Dans les bandes, nous avons trouvé des molécules disposées en colonnes hémicylindriques chacune de plusieurs microns de long, ce que nous pensons être le plus haut niveau de contrôle sur l'alignement des DLC à ce jour. Nous avons également constaté que plus les rayures sont étroites, mieux les colonnes sont ordonnées."
L'équipe espère que ce niveau de contrôle pourrait conduire au développement d'un nouveau type de biocapteur, qui pourrait tester tout ce qui modifie les propriétés de la surface.
"En modifiant les propriétés de la surface, nous pouvons basculer entre les alignements, ce qui est très intéressant du point de vue des dispositifs de détection, " a ajouté le professeur Evans. " La plupart des biocapteurs nécessitent un rétroéclairage pour voir quand un changement s'est produit, mais il est très facile de voir quand un cristal liquide a changé de direction – il suffit de le tenir à la lumière.
"Cela ouvre de grandes possibilités pour la production de très simples et, plus important, biocapteurs bon marché qui pourraient être largement utilisés dans les pays en développement. »
L'équipe teste maintenant la conductivité de ces fils dans l'espoir qu'ils pourraient être utilisés pour le transfert d'énergie dans les systèmes moléculaires. Ils cherchent également des moyens de polymériser les fils pour les rendre plus solides.
