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Des nanoparticules incolores utilisées pour créer une peinture légère et colorée

Image d'un papillon coloré
Agrandir / Les matériaux présents dans l’aile d’un papillon créent de la couleur en modifiant les trajectoires de certaines longueurs d’onde de la lumière. C’est ce qui a inspiré une nouvelle forme de peinture.

Savez-vous que plus de 50 % de la pollution microplastique de nos océans provient des peintures colorées ? Presque tous les objets jetés dans l’océan, qu’il s’agisse d’un jouet cassé, d’un petit bouchon de bouteille ou d’une chaussure, sont recouverts d’une sorte de peinture colorée. On peut essayer de ramasser tous les objets en plastique jetés dans les océans, mais il n’y a aucun moyen de recueillir les microplastiques qui se sont déjà mélangés à l’eau.

Les particules dérivées de la peinture ne sont pas seulement un problème dans l’océan, elles se mélangent également à l’air que vous respirez. En 2010, des scientifiques ont étudié les effets des produits chimiques utilisés dans les peintures murales commerciales sur la santé des enfants. Ils ont constaté que les enfants qui dorment dans des chambres dont les murs sont recouverts de peinture contenant des niveaux élevés de composés organiques volatils (COV) sont plus susceptibles de développer des troubles médicaux tels que l’eczéma et l’asthme.

Cela signifie-t-il que les peintures commerciales continueront à dégrader notre environnement et notre santé ? Il y a une nouvelle lueur d’espoir. Des chercheurs de l’université de Floride centrale (UCF) ont récemment publié une étude décrivant la « peinture plasmonique », un matériau léger et écologique susceptible de remplacer la plupart des revêtements colorés. Ils affirment que leur peinture plasmonique est également la plus légère au monde car elle évite l’utilisation de pigments et de tous les matériaux nécessaires pour maintenir les pigments en place.

Pablo Cencillo Abad, premier auteur de l’étude et chercheur au NanoScience Technology Center de l’UCF, a déclaré à Ars Technica : « Notre peinture ultralégère est la plus légère au monde, et son utilisation à la place des pigments conventionnels peut contribuer à réduire le poids total des objets, ce qui est extrêmement bénéfique pour l’industrie aérospatiale. »

Il a ajouté : « Pour illustrer une application immédiate, prenons le cas d’un objet de grande taille comme un Boeing 747 jumbo jet. La peinture conventionnelle nécessite une grande quantité de peinture, généralement plus de 454 kg, pour recouvrir un tel objet. Or, notre peinture plasmonique ne nécessite qu’environ 1,4 kg, ce qui représente une réduction de poids étonnante de 400 fois.

La géométrie plasmonique crée des couleurs

La plasmonique est la branche de la science qui étudie comment le mouvement des électrons affecte le transit de la lumière dans les métaux. La peinture plasmonique proposée produit des couleurs en utilisant la coloration structurelle, le phénomène qui donne aux paons et aux papillons leurs couleurs vives qui attirent l’attention. La disposition géométrique des plumes, des cellules de la peau et des écailles de ces animaux modifie la trajectoire des rayons lumineux, ce qui leur permet de se courber à différents angles et de produire des couleurs différentes.

La coloration structurelle de la peinture plasmonique s’inspire des papillons. Elle est composée de deux matériaux incolores : des nanoparticules d’aluminium et des nanostructures d’oxyde d’aluminium. En modifiant la disposition de ces particules, l’équipe de l’UCF peut manipuler la lumière visible et créer n’importe quelle couleur, donnant ainsi naissance à la première peinture structurelle en couleur au monde.

« Nos peintures structurelles utilisent des nanoparticules d’aluminium pour contrôler les composantes spectrales de la lumière et générer une large palette de couleurs visibles simplement en changeant les paramètres de la production structurelle. Lorsque la lumière frappe notre structure, les électrons du métal des particules commencent à osciller, capturant certaines couleurs et en reflétant d’autres (cet effet est appelé résonance plasmonique). Il est important de noter que les couleurs particulières absorbées sont déterminées par la morphologie spécifique des nanoparticules. Ainsi, lorsque nous modifions la taille des particules, elles absorbent des couleurs différentes et produisent des teintes différentes », explique M. Abad.

Les couleurs à base de pigments, quant à elles, fonctionnent en absorbant certaines longueurs d’onde de la lumière à l’aide de molécules de pigments. Par exemple, la couleur verte des plantes résulte de l’absorption par les molécules de chlorophylle de la lumière bleue et rouge et de la réflexion du vert. Dans ce cas, les couleurs sont simplement le résultat des propriétés du matériau utilisé. La coloration structurelle produit une couleur non pas en vertu du matériau, mais en contrôlant la façon dont il interagit avec la lumière.

L’un des avantages des peintures structurelles par rapport à la pigmentation chimique est que les molécules de pigment peuvent se dissocier avec le temps et donc perdre leur couleur, alors que la coloration structurelle peut être fabriquée à partir de matériaux très stables qui conserveront la couleur à moins que la structure ne soit physiquement endommagée. Par rapport à une peinture standard, la peinture plasmonique est donc plus durable.

Léonard

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