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Cristaux intelligents
Des chercheurs japonais ont découvert des cristaux organiques qui changent de forme lorsqu'ils sont illuminés par la lumière ultraviolette, puis retrouvent leur forme d'origine sous la lumière visible. Dans un 11 avril La nature papier, ils montrent que les cristaux peuvent aller et venir entre les deux formes différentes jusqu'à 100 fois avant de se fissurer. Les cristaux pourraient conduire à de minuscules machines entraînées par la lumière, similaires aux systèmes microélectromécaniques actuels utilisés dans les puces microfluidiques et les systèmes de communication optique, qui sont entraînés par l'électricité.
Nano puissance : Une fine moustache de cristal se plie lorsqu'elle est exposée à la lumière ultraviolette, poussant une particule d'or (considérée comme un point noir) 90 fois son poids 30 micromètres. La lumière visible brillante sur le cristal le redresse.
Les chercheurs, dirigés par Masahiro Irie , professeur de chimie à l'Université de Kyushu, à Fukuoka, fait briller alternativement de la lumière ultraviolette et visible sur un cristal rectangulaire pour le faire se contracter puis reprendre sa longueur d'origine. Ils ont également créé un cristal en forme de tige qu'ils ont pu plier puis redresser jusqu'à 80 fois. Lorsqu'elle se plie, la tige peut pousser une microparticule d'or, 90 fois plus lourde que le cristal, sur une distance de 30 micromètres.
Auparavant, Irie a inventé un type de molécule organique qui change de couleur en réponse à la lumière ; il l'a décrit pour la première fois au milieu des années 1980. En étudiant les monocristaux de ces molécules, son équipe de recherche a découvert que les cristaux changent également de forme. Nous étions [très] ravis de voir le changement de forme photo-induit pour la première fois, dit Irie.
Certains polymères et verres sont connus pour changer de forme lorsqu'ils sont exposés à la lumière. Mais c'est la première fois que les chercheurs voient l'effet dans les cristaux, dit Tomiki Ikeda , professeur de chimie des polymères à l'Institut de technologie de Tokyo. Leur structure régulière pourrait rendre les cristaux à changement de forme utiles dans diverses applications. Cela signifie que l'on peut induire un changement de forme précis, dit Ikeda. À chaque fois, vous aurez le même changement de forme lors d'une exposition à la même lumière avec la même intensité… ce qui est très important pour un contrôle précis du travail mécanique dans des appareils de taille micrométrique.
Par exemple, les cristaux pourraient être incorporés dans des puces microfluidiques pour pousser de minuscules volumes de liquide à travers des canaux étroits ; les fluides sont actuellement déplacés avec la tension ou la pression de pompes externes. C'est beaucoup plus agréable si vous pouviez le faire avec de la lumière plutôt que de connecter des électrodes ou d'y appliquer de la chaleur, ce qui interférerait peut-être avec le processus que vous essayez de contrôler, dit Mark Warner , un physicien théoricien de l'Université de Cambridge qui étudie les matériaux qui changent de forme.
Les cristaux à changement de forme pourraient également être utilisés dans les commutateurs de nouvelle génération des systèmes de communication à fibre optique. Dans ces systèmes, les paquets de données voyageant d'un point à l'autre passent par plusieurs hubs où ils sont basculés sur la bonne route. Actuellement, les impulsions lumineuses sont converties en signaux électriques pour la commutation, mais les commutateurs rapides de nouvelle génération pourraient utiliser des miroirs microscopiques pour refléter la lumière d'une fibre optique sur une autre. Les cristaux pourraient être utilisés pour déplacer les miroirs.
Les cristaux à changement de forme présentent d'autres avantages par rapport aux polymères et aux verres destinés à être utilisés dans des applications micromécaniques, car ils réagissent à la lumière relativement rapidement et avec des changements importants. Ils affichent un effet beaucoup plus dramatique que ce qui est disponible dans d'autres matériaux, dit J. Michael McBride , professeur de chimie organique à l'Université Yale, à New Haven, CT. Les cristaux répondent à la lumière plus rapidement que les polymères, se transformant en 25 microsecondes tandis que les polymères prennent quelques secondes. Et ils subissent plus de déformations que les verres. Le cristal rectangulaire, par exemple, se contracte de 5 à 7 % de sa longueur, tandis que les molécules vitreuses changent d'environ 2 %. Mais Warner souligne que même si les polymères sont plus lents à réagir, certains polymères caoutchouteux présentent une déformation supérieure à 100 %, ils pourraient donc être plus utiles. Cela dépend de l'application que vous avez en tête.
Irie dit que son équipe de recherche essaie maintenant de préparer divers types de cristaux qui pourraient gérer des changements de forme plusieurs fois plus de 100 sans se fissurer. L'équipe conçoit également de nouveaux composés qui présentent différents types de changements de forme, comme le passage d'une forme de tige à une forme de plaque.