Les chimistes voient rouge !

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janvier 2010
Éclairés sous UV, les cristaux liquides créés par les chimistes rennais émettent de la lumière dans le rouge et le proche infrarouge.
© DR

À Rennes, des chercheurs ont créé un nouveau matériau qui émet de la lumière dans le proche infrarouge. Du jamais vu !

Le laboratoire est plongé dans le noir. Au fond, une lueur rouge se distingue. Elle provient d’un matériau encore jamais vu, créé par des chimistes de l’Université de Rennes 1(1).
« Ce sont des cristaux liquides avec un cœur métallique, explique Yann Molard, l’un des auteurs de la publication parue le 19 mai à ce sujet(2). Ils sont luminescents dans le rouge et le très proche infrarouge : ils émettent des ondes lumineuses rouges, dès lors qu’ils sont éclairés par une lumière allant de l’UV jusqu’au vert. » Un rayonnement jusqu’ici obtenu, de façons beaucoup moins efficaces (jusqu’à un facteur 100) et beaucoup plus chères, avec des atomes de platine, de palladium, ou des terres rares.

Une intensité éternelle

Infatigable, ce nouveau matériau n’est pas soumis au vieillissement. « Tant qu’il est éclairé par une source adéquate, il est luminescent. L’intensité de la lumière émise ne diminue pas au cours du temps, comme c’est le cas pour les autres matériaux dans les longueurs d’onde proches de l’infrarouge. Nous n’avons pas fait l’expérience sur 1000 ans, mais théoriquement, il doit pouvoir conserver la même intensité éternellement ! »
Pour mettre au point ces particules, les chimistes bretons ont travaillé à partir de clusters : des amas d’atomes métalliques d’un nanomètre (un millionième de millimètre), liés les uns aux autres par du métal également (lire encadré ci-dessous). « Ce sont ces amas qui donnent la luminescence », précise Stéphane Cordier, coauteur de l’étude. Mais ils forment une poudre non utilisable telle quelle. Alors pour pouvoir manipuler plus facilement ces objets minuscules, les scientifiques ont choisi de leur greffer des molécules organiques, composées de carbone, d’oxygène et d’hydrogène.

Au centre de la molécule, le cluster (en marron) aux propriétés de luminescence. En périphérie, les six molécules organiques (en violet et vert) qui lui sont adjointes pour lui donner la forme cristal liquide.
© DR

Trois ans d’expérience

L’opération est délicate. « Il faut d’abord casser les paquets de clusters. Pour cela, nous les plongeons dans un solvant spécial. Ensuite vient la “greffe” : les clusters, séparés les uns des autres, sont immergés avec les composés organiques, et les réactions chimiques font le reste. Nous pouvons aussi fondre les clusters et les “greffons” ensembles, à 110°C. »
Après trois années d’expérimentation, les chimistes ont obtenu un composé hybride où les molécules sont ordonnées comme dans un solide, mais mobiles, comme dans un liquide : un cristal liquide. Une expérience sur laquelle se penchaient déjà des laboratoires américains dans les années 90, sans véritable succès à l’époque.

 

Dans nos écrans souples

« Le plus, c’est qu’en appliquant un champ électrique ou magnétique, les molécules se réorganisent. Elles émettent alors de la lumière dans des directions différentes. On peut polariser la luminescence ! » Efficacité, durée de vie, contrôle, voilà des atouts qui pourraient bien faire de l’œil aux industriels. « Ces cristaux liquides pourraient s’intégrer à des systèmes d’affichage, en particulier les écrans souples qui commencent à voir le jour. » En complément d’autres molécules, pour fournir les autres couleurs. « Pour l’instant, nos clusters métalliques ne concernent que le rouge et le proche infrarouge. Pour obtenir d’autres couleurs sur le même mode, il faudrait utiliser d’autres métaux et donc de nouveaux modes de synthèses : un travail considérable ! » Un brevet a été déposé, dès novembre, aux États-Unis, pour protéger ces cristaux liquides nouvelle génération. En attendant de les retrouver dans nos futurs écrans pliables !

Les clusters au cœur des recherches

C’est un mélange de poudre de métal, du mobdylène par exemple, sur lequel on fait passer un gaz, du chlore, de l’iode ou du brome, à plus de 600°C. Les atomes s’accrochent les uns aux autres et forment un cluster. Véritable spécialité de l’équipe rennaise Chimie du solide et matériaux depuis les années 70, ces composés ont des propriétés magnétiques, électroniques et de luminescence intéressantes. « Nous travaillons sur des nanoparticules composées d’un cluster de métal enrobé de silice, qui pourraient être utilisées comme biomarqueurs, explique Stéphane Cordier. Les Rennais les intègrent aussi dans des polymères, pour former des LED hybrides, plus efficaces que leurs consœurs traditionnelles.

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Céline Duguey

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