Imaginez un crash test automobile qui utilise des mannequins d'essai peints partout avec une substance qui peut changer de couleur selon les niveaux de stress que les différentes parties du corps des mannequins vont endurer. Une telle « carte des couleurs » pourrait fournir des informations vitales aux ingénieurs concevant des automobiles plus sûres.

Ou imaginez des gants de baseball qui, lorsqu'ils sont portés, montrent aux frappeurs s'ils utilisent la quantité appropriée de pression pour saisir leurs bâtons, résultant en de meilleures performances.

Nouvelle technologie développée à l'Université de Californie, Riverside peut maintenant faire des idées ci-dessus et similaires une réalité. En effet, la technologie pourrait être appliquée pour améliorer les appareils de tous les jours, comme les smartphones, que pour le fonctionnement reposent sur la bonne quantité de pression qui leur est appliquée.

« Nous avons développé un capteur de pression haute résolution qui indique la pression en faisant varier sa couleur, un capteur que nous pouvons tous utiliser avec nos yeux, " dit Yadong Yin, professeur agrégé de chimie, dont le laboratoire a mené la recherche.

Le laboratoire a utilisé une méthode d'auto-assemblage pour enchaîner des nanoparticules d'or qu'elles ont ensuite intégrées dans un film polymère. Le film s'est déformé lorsqu'il est pressé, étirer les chaînes de nanoparticules d'or en augmentant la séparation entre les nanoparticules d'or voisines.

"Cette séparation accrue modifie la façon dont les nanoparticules interagissent avec la lumière, " expliqua Yin. " Lorsqu'ils sont liés ensemble, les nanoparticules d'or apparaissent à l'origine en bleu. Mais elles virent progressivement au rouge avec une pression croissante au fur et à mesure que les nanoparticules commencent à se désassembler. Cela nous aide facilement et visuellement à déterminer la pression qui a été appliquée."

Les résultats de l'étude paraissent ce mois-ci dans Lettres nano .

Le capteur développé par le laboratoire de Yin diffère des films de capteur de pression disponibles dans le commerce. Ces derniers indiquent la pression en changeant l'intensité d'une seule couleur (par exemple, un rouge pâle à un rouge plus foncé). Ils ont tendance à être difficiles à interpréter et ont une faible résolution et un faible contraste.

La nouvelle technologie produit une mosaïque de couleurs faciles à distinguer et bénéficie d'un contraste et d'une résolution plus élevés. Il peut potentiellement être utilisé dans de nombreux dispositifs de sécurité pour révéler la répartition de la pression sur des surfaces même très complexes.

« Les nombreux capteurs de contraintes électroniques disponibles dans le commerce sont encombrants et ne conviennent pas à certaines applications, " dit Yin. " Par exemple, il est difficile de déterminer la répartition des contraintes sur une zone particulière si les surfaces de contact ne sont pas planes et uniformes. Nos films de capteurs peuvent être peints sur les surfaces de contact afin que la variation de couleur dans différentes zones montre clairement la répartition des contraintes sur la surface de contact."

Alors que son laboratoire utilisait de l'or dans les expériences, l'argent et le cuivre pourraient aussi fonctionner, Yin ajouté. Le capteur développé par le laboratoire est un film plastique solide. Sous contrainte, il se déforme comme les plastiques conventionnels. La nouvelle couleur qui apparaît persiste après la suppression du stress.

« C'est pourquoi nous l'appelons un « capteur de mémoire de contrainte colorimétrique », '", a déclaré Yin.

L'un des intérêts de recherche de son laboratoire est la conception de matériaux dotés de nouvelles propriétés via le processus d'auto-assemblage. Le laboratoire fabrique d'abord des nanoparticules, puis les organise ensemble pour produire de nouvelles propriétés issues des interactions particule-particule.

"Dans le cas de notre capteur, nous avons d'abord trouvé un moyen d'organiser les nanoparticules d'or ensemble pour former des chaînes, " dit Yin. " Ce processus s'accompagne d'un changement de couleur brusque du rouge au bleu. Nous avons supposé que le processus inverse (désassemblage) pourrait avoir le changement de couleur inverse :du bleu au rouge. Nous avons découvert à notre grande surprise que la force mécanique pouvait réaliser ce démontage. Des efforts considérables ont été déployés par les chercheurs pour étudier l'auto-assemblage des nanoparticules. En effet, les nanoparticules d'or ont été classiquement utilisées comme capteurs basés sur le processus d'auto-assemblage. Ce qui est nouveau dans notre travail, c'est qu'il montre que le processus de démontage peut également trouver de grandes applications si l'assemblage est conçu pour être réversible."