Bien que les écrans tactiles soient pratiques, les écrans tactiles le seraient encore plus. C'est parce que, malgré les écrans tactiles ayant permis l'avancée du smartphone dans nos vies et nous étant indispensables pour pouvoir utiliser des distributeurs de billets ou des distributeurs de billets, ils présentent certains inconvénients. Les écrans tactiles souffrent d'une usure mécanique au fil du temps et constituent une voie de transmission pour les bactéries et les virus. Pour éviter ces problèmes, Des scientifiques de l'Institut Max Planck de recherche sur l'état solide de Stuttgart et du LMU Munich ont maintenant développé des nanostructures qui modifient leurs propriétés électriques et même optiques dès qu'un doigt s'en approche.

Un écran tactile peut être en mesure de capitaliser sur un trait humain qui est d'une importance vitale, bien que parfois indésirable :c'est le fait que notre corps transpire – et émet constamment des molécules d'eau à travers de minuscules pores de la peau. Les scientifiques du groupe de nanochimie dirigé par Bettina Lotsch à l'Institut Max Planck pour la recherche sur l'état solide à Stuttgart et au LMU Munich ont maintenant pu visualiser la transpiration d'un doigt avec un capteur d'humidité spécial qui réagit dès qu'un objet - comme un index – s'approche de sa surface, sans le toucher. L'humidité croissante est convertie en un signal électrique ou traduite en un changement de couleur, permettant ainsi de la mesurer.

L'acide phosphatoantimonique est ce qui lui permet de le faire. Cet acide est un solide cristallin à température ambiante avec une structure constituée d'antimoine, phosphoreux, atomes d'oxygène et d'hydrogène. "Les scientifiques savent depuis longtemps que ce matériau est capable d'absorber l'eau et gonfle considérablement au cours du processus, " a expliqué Pirmin Ganter, doctorant au Max Planck Institute for Solid State Research et au département de chimie du LMU Munich. Cette absorption d'eau modifie également les propriétés du matériau. Par exemple, sa conductivité électrique augmente à mesure que le nombre de molécules d'eau stockées augmente. C'est ce qui lui permet de servir de mesure de l'humidité ambiante.

Une structure de nanomatériau sandwich exposée à l'humidité change également de couleur

Cependant, les scientifiques ne sont pas tellement intéressés par le développement d'un nouveau capteur d'humidité. Ce qu'ils veulent vraiment, c'est l'utiliser dans des écrans sans contact. "Parce que ces capteurs réagissent de manière très locale à toute augmentation d'humidité, il est tout à fait concevable que ce type de matériau aux propriétés dépendantes de l'humidité puisse également être utilisé pour des écrans et des moniteurs sans contact, " a déclaré Ganter. Les écrans sans contact de ce type ne nécessiteraient rien de plus qu'un doigt pour s'approcher de l'écran pour modifier leurs propriétés électriques ou optiques - et avec eux le signal d'entrée - à un point spécifique de l'écran.

En prenant comme base des nanofeuillets de phosphatoantimonate, les scientifiques de Stuttgart ont alors développé une nanostructure photonique qui réagit à l'humidité en changeant de couleur. « Si cela a été intégré à un moniteur, les utilisateurs recevraient alors un retour visible sur le mouvement de leurs doigts" a expliqué Katalin Szendrei, également doctorante dans le groupe de Bettina Lotsch. À cette fin, les scientifiques ont créé un matériau sandwich multicouche avec des couches alternées de nanofeuillets ultrafins de phosphatoantimonate et de dioxyde de silicium (SiO2) ou de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2). Composé de plus de dix couches, la pile a finalement atteint une hauteur d'un peu plus d'un millionième de mètre.

Pour une chose, la couleur du matériau sandwich peut être réglée via l'épaisseur des couches. Et pour un autre, la couleur du sandwich change si les scientifiques augmentent l'humidité relative dans l'environnement immédiat du matériau, par exemple en déplaçant un doigt vers l'écran. "La raison en est le stockage de molécules d'eau entre les couches de phosphatoantimonate, ce qui fait gonfler considérablement les couches, " explique Katalin Szendrei. " Une modification de l'épaisseur des couches dans ce processus s'accompagne d'une modification de la couleur du capteur - produite de manière similaire à ce qui donne la couleur à une aile de papillon ou à la nacre. "

Le matériau réagit au changement d'humidité en quelques millisecondes

C'est une propriété fondamentalement bien connue et caractéristique des cristaux dits photoniques. Mais les scientifiques n'avaient jamais observé auparavant un changement de couleur aussi important qu'ils l'ont maintenant dans le laboratoire de Stuttgart. "La couleur de la nanostructure passe du bleu au rouge lorsqu'un doigt s'en approche, par exemple. De cette façon, la couleur peut être réglée sur l'ensemble du spectre visible en fonction de la quantité de vapeur d'eau absorbée, " a souligné Bettina Lotsch.

La nouvelle approche des scientifiques n'est pas seulement captivante en raison du changement de couleur frappant. Ce qui est également important, c'est le fait que le matériau réagit au changement d'humidité en quelques millisecondes – littéralement en un clin d'œil. Les documents signalés précédemment prenaient normalement plusieurs secondes ou plus pour répondre. C'est beaucoup trop lent pour des applications pratiques. Et il y a une autre chose que les autres matériaux ne peuvent pas toujours faire :la structure sandwich constituée de nanofeuillets de phosphatoantimonate et de nanoparticules d'oxyde est très stable d'un point de vue chimique et réagit sélectivement à la vapeur d'eau.

Une couche de protection contre les influences chimiques doit laisser passer l'humidité

Les scientifiques peuvent imaginer que leurs matériaux soient utilisés dans bien plus que les futures générations de smartphones, tablettes ou ordinateurs portables. "Finalement, nous avons pu voir des écrans sans contact également déployés dans de nombreux endroits où les gens doivent actuellement toucher des moniteurs pour naviguer, " a déclaré Bettina Lotsch. Par exemple dans les distributeurs de billets ou les distributeurs de billets, ou encore sur les balances du rayon légumes du supermarché. Les affichages dans les lieux publics qui sont utilisés par de nombreuses personnes différentes auraient des avantages d'hygiène distincts s'ils étaient sans contact.

Mais avant de les voir être utilisés dans de tels endroits, les scientifiques ont encore quelques défis à relever. C'est important, par exemple, que les nanostructures peuvent être produites de manière économique. Pour minimiser l'usure, les structures doivent toujours être recouvertes d'une couche protectrice si elles doivent être utilisées dans quelque chose comme un affichage. Et cela, de nouveau, doit répondre non pas à une mais à deux exigences différentes :Il doit protéger les couches sensibles à l'humidité contre les influences chimiques et mécaniques. Et il faut, bien sûr, laisser passer l'humidité. Mais les scientifiques de Stuttgart ont déjà une idée de la façon d'y parvenir. Une idée qu'ils commencent actuellement à mettre en pratique avec un partenaire de coopération supplémentaire à bord.