Un matériau élastique qui change de couleur, qui conduit l’électricité, qui peut être imprimé en 3D et qui est en outre biodégradable ? Ce n’est pas seulement un vœu pieux de la science, c’est précisément cette solution miracle que les chercheurs de l’Empa du laboratoire "Cellulose & Wood Materials" à Dübendorf (ZH), en Suisse, ont fabriqué à base de cellulose et de nanotubes de carbone.
Les chercheurs ont utilisé comme matière première de l’hydroxypropylcellulose (HPC), qui est notamment utilisée dans les produits pharmaceutiques, les cosmétiques et les aliments comme excipient pour en améliorer l’aspect, le goût, la conservation et l’administration. L’une des particularités de la HPC est qu’elle forme des cristaux liquides après l’ajout d’eau. Ces cristaux ont une propriété remarquable: selon leur structure cristalline (qui dépend entre autres de la concentration en HPC), ils irisent dans les couleurs les plus diverses bien qu’ils soient en fait sans couleur ou sans pigment.
Ce phénomène, appelé coloration structurelle, est bien connu dans la nature : les plumes de paon, les ailes de papillon et la peau du caméléon ne doivent pas tout ou partie de leur coloration multicolore à des colorants, mais à des structures microscopiques qui divisent la lumière du jour (blanche) en ses couleurs spectrales et ne réfléchissent que certaines longueurs d’onde, c’est-à-dire certaines couleurs.
La couleur du HPC ne change pas seulement avec la concentration, mais aussi avec la température. Pour mieux exploiter cette propriété, l’équipe de Gustav Nyström a ajouté 0,1 % de nanotubes de carbone au mélange de HPC et d’eau. Cela rend le liquide conducteur d’électricité et permet aux chercheurs de contrôler la température (et donc la couleur des cristaux liquides) en appliquant une tension électrique. Bonus : le carbone agit comme un absorbeur à large spectre, ce qui rend les couleurs plus intenses. Grâce à un autre additif, une petite quantité de nanofibres de cellulose, l’équipe de Gustav Nyström a en outre réussi à rendre le mélange imprimable en 3D sans compromettre la coloration et la conductivité.
Grâce à l’impression 3D, les chercheurs ont fabriqué différents exemples d’applications à partir de ce nouveau mélange de cellulose. Parmi eux, un capteur de contrainte qui change de couleur en fonction de la déformation mécanique, ainsi qu’un simple écran composé de sept segments commandés électriquement.
À l’avenir, l’encre à base de cellulose pourrait trouver de nombreuses applications très différentes: pour des capteurs de température et de déformation, pour le contrôle de la qualité des aliments ou pour le diagnostic biomédical. « Les matériaux durables qui peuvent être imprimés en 3D présentent un grand intérêt, notamment pour des applications dans l’électronique biodégradable et pour l’internet des objets », explique Gustav Nyström.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
