Fig. 1. Concept de développement d'un film orienté nanocellulosique basé sur la technologie de structuration 3D en phase liquide. Crédit :Université d'Osaka
Des chercheurs de l'Institut de recherche scientifique et industrielle de l'Université d'Osaka ont présenté une nouvelle méthode de fabrication en phase liquide pour produire des films de nanocellulose avec plusieurs axes d'alignement. En utilisant des méthodes d'impression 3D pour un contrôle accru, ce travail peut conduire à des dispositifs optiques et thermiques moins chers et plus respectueux de l'environnement.
Depuis son apparition dans l'émission télévisée originale "Star Trek" dans les années 1960, le jeu d'échecs en trois dimensions a été utilisé comme métaphore d'une pensée sophistiquée. Maintenant, des chercheurs de l'Université d'Osaka ont développé leur propre version avec des applications potentielles dans l'optique avancée et des écrans de smartphones peu coûteux.
De nombreux dispositifs optiques existants, y compris les écrans à cristaux liquides (LCD) trouvés dans les anciens téléviseurs à écran plat, reposent sur de longues molécules en forme d'aiguille alignées dans la même direction. Cependant, aligner les fibres dans plusieurs directions sur le même appareil est beaucoup plus difficile. Disposer d'une méthode capable de produire des fibres optiques de manière fiable et bon marché accélérerait la fabrication d'écrans à faible coût ou même d'« électroniques en papier », des ordinateurs pouvant être imprimés à partir de matériaux biodégradables à la demande.
Cellulose, le composant principal du coton et du bois, est une ressource renouvelable abondante constituée de longues molécules. Les nanocelluloses sont des nanofibres constituées de chaînes moléculaires de cellulose alignées uniaxialement qui ont des propriétés optiques et de conduction thermique différentes dans une direction par rapport à l'autre.
Fig.2. Film multiaxes orienté nanocellulose. Crédit :Université d'Osaka
Dans une recherche récemment publiée de l'Institut de recherche scientifique et industrielle de l'Université d'Osaka, la nanocellulose a été récoltée à partir d'ananas de mer, une sorte d'ascidie. Les chercheurs ont ensuite utilisé le motif 3-D en phase liquide, qui combinait le filage humide de nanofibres avec la précision de l'impression 3D. Un robot triaxial sur mesure a distribué une suspension aqueuse de nanocellulose dans un bain de coagulation à l'acétone.
"Nous avons développé cette technique de structuration tridimensionnelle en phase liquide pour permettre l'alignement de la nanocellulose le long de n'importe quel axe préféré, " dit le premier auteur Kojiro Uetani. La direction des motifs pourrait être programmée de manière à former un motif en damier alterné de fibres alignées verticalement et horizontalement.
Pour démontrer la méthode, un film a été pris en sandwich entre deux films polarisants orthogonaux. Dans de bonnes conditions d'observation, un motif en damier biréfringent est apparu. Ils ont également mesuré les propriétés de transfert thermique et de retard optique.
"Nos découvertes pourraient aider au développement de matériaux optiques et d'électronique papier de nouvelle génération, ", déclare l'auteur principal Masaya Nogi. "Cela pourrait être le début de techniques ascendantes pour la construction de matériaux optiques et thermiques sophistiqués et économes en énergie."
