Faire des couleurs avec des aimants

Un matériau développé par des chercheurs de l'Université de Californie, Riverside peut prendre n'importe quelle couleur de l'arc-en-ciel, simplement en modifiant la distance entre le matériau et un aimant. Il pourrait être utilisé dans des capteurs ou, encapsulé dans des microcapsules, dans des affiches réinscriptibles ou d'autres grands écrans couleur.

Rouille arc-en-ciel : Une solution de particules nanoscopiques d'oxyde de fer change de couleur à mesure qu'un aimant se rapproche, provoquant le réarrangement des particules. La couleur passe du rouge au bleu à mesure que la force du champ magnétique augmente.

Les chercheurs ont fabriqué le matériau en utilisant une méthode à haute température pour synthétiser des particules cristallines nanométriques de magnétite, une forme d'oxyde de fer. Chaque particule a un diamètre d'environ 10 nanomètres car, à mesure qu'elles deviennent beaucoup plus grosses, les particules de magnétite deviennent des aimants permanents et se regroupent donc et tombent hors de la solution. Les particules de 10 nanomètres se regroupent pour former des amas sphériques de taille uniforme, chacun d'environ 120 nanomètres de diamètre ; dans les tests, ces clusters sont restés suspendus en solution pendant des mois.

En enduisant ces grappes d'un tensioactif chargé électriquement, les chercheurs poussent les grappes à se repousser. Lorsque les chercheurs utilisent un aimant pour contrer les forces répulsives, les amas se réorganisent et se rapprochent, changeant la couleur de la lumière qu'ils reflètent. Plus le champ magnétique est fort, plus les particules sont proches, la couleur changeant du rouge du spectre vers le bleu, à l'extrémité opposée, à mesure que l'aimant se rapproche du matériau. L'éloignement de l'aimant permet à la charge électrostatique de forcer à nouveau les particules à se séparer, ramenant le système à son état d'origine.

La beauté de ce système est qu'il est si simple, dit Orlin Velev , professeur de chimie et de génie biomoléculaire à la North Carolina State University. Il peut être utilisé sur de grandes surfaces car il est très peu coûteux et très facile à réaliser. Le travail est publié dans la première édition en ligne de la revue chimie appliquée .

Multimédia

• Vidéo de la solution changeant de couleur.

Un certain nombre d'autres chercheurs ont développé des matériaux à changement de couleur, dont certains sont également contrôlés par des forces magnétiques ; d'autres utilisent des forces électriques ou mécaniques. Les chercheurs de Riverside, dirigés par Yadong Yin , un professeur de chimie, cependant, sont capables d'emballer beaucoup plus de matériau magnétique par bloc de construction sphérique qui était auparavant possible. Sanford Asher , professeur de chimie et de science des matériaux à l'Université de Pittsburgh qui a encapsulé des particules de magnétite dans des sphères de polymère, affirme que la nouvelle approche multiplie par cinq la quantité de matériau magnétique.

En conséquence, les nouveaux matériaux peuvent être adaptés à un plus grand nombre de couleurs que les matériaux fabriqués précédemment. En effet, Velev de l'État de Caroline du Nord, qui travaille sur des matériaux qui changent de couleur en réponse à des signaux électroniques, dit qu'il ne connaît aucun autre matériau capable de prendre une si large gamme de couleurs.

Les chercheurs de Riverside ont découvert que le traitement des matériaux à haute température garantissait que les particules de 10 nanomètres se formaient avec une structure atomique cristalline. Cela a également provoqué le regroupement des particules pour former des amas de taille similaire. En revanche, la synthèse à température ambiante plus couramment utilisée donne des particules qui forment des agglomérations irrégulières. L'uniformité des amas et la cristallinité des particules semblent améliorer la réponse magnétique des matériaux, dit Yin, bien que lui et ses collègues étudient toujours les mécanismes sous-jacents impliqués.

Les matériaux peuvent changer de couleur à une vitesse de deux fois par seconde, ce qui est encore trop lent pour une utilisation dans les téléviseurs et les écrans d'ordinateur. Yin espère augmenter encore plus les vitesses de commutation en utilisant de plus petites quantités de matériau, peut-être dans des capsules microscopiques. De telles petites quantités faciliteront la présentation d'un champ magnétique uniforme à l'ensemble de l'échantillon, aidant potentiellement le réarrangement des grappes. En outre, de telles microcapsules pourraient être agencées pour former des pixels dans un écran, comme cela se fait maintenant avec E-Ink, un type de papier électronique utilisé dans certains lecteurs de livres électroniques et un téléphone portable. (Voir Une bonne lecture.)

Mais même avec des vitesses plus rapides, Yin ne s'attend pas à ce que les matériaux remplacent la technologie actuelle des écrans d'ordinateur. Il vise plutôt des applications à plus grande échelle qui tireraient parti du faible coût des matériaux. Les exemples pourraient inclure des affiches qui peuvent être réécrites mais ne doivent pas changer aussi rapidement que les affichages de vidéo.

Un inconvénient important des matériaux actuels est qu'ils auraient besoin d'une alimentation électrique constante pour préserver le champ magnétique et maintenir les microcapsules à une couleur définie. La prochaine étape de Yin consiste à développer une version des matériaux qui reste stable après le changement de couleur, c'est-à-dire jusqu'à ce qu'ils soient passés à une nouvelle couleur. Si cela est possible, alors une affiche pourrait être imprimée avec quelque chose comme la tête de lecture-écriture sur un disque dur, dit Yin. Cela préserverait l'image jusqu'à ce qu'elle soit réécrite avec un autre passage de la tête d'impression, sans utiliser d'alimentation entre les deux.

À ce stade, c'est amusant de jouer avec, dit Velev. Peut-être qu'à des stades ultérieurs, il pourrait être utilisé à des fins décoratives, comme de la peinture qui change de couleur, ou de nouveaux types d'étiquettes ou de panneaux d'affichage. En ce moment, c'est une belle recherche.

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