Un gel qui change de couleur sur demande

Une équipe de scientifiques du MIT (Massachusetts Institute of Technology) a mis au point un nouveau dispositif qui répond à différents stimuli par simple contact en changeant très rapidement de coloration, et peut servir d'indicateur possédant une vitessevitesse de réaction extrêmement rapide.

L'élément-clé de cette substance est un gelgel polymèrepolymère (poly-2-vinyl-pyridine - 2VP), ayant la capacité d'augmenter considérablement son volumevolume lorsqu'il est soumis à divers stimuli de nature variée, comme la température, la pressionpression, l'humidité, le pH ou même la concentration en sel.

Afin d'arriver à ce résultat, Edwin Thomas, spécialiste et ingénieur en science des matériaux au MIT, qui publie ses résultats le 21 octobre dans la revue Nature Materials, a élaboré un film se composant de couches alternées de ce polymère 2VP et de polystyrènepolystyrène, plus rigide et servant de support. Lorsqu'il est stimulé, le gel augmente de volume et donc d'épaisseur, et son indice de réfractionindice de réfraction se modifie. Celui-ci détermine la couleurcouleur qui varie alors sur une gamme très étendue.

Echantillon du nouveau matériau. Crédit MIT.

"Il s'agit là d'une méthode ingénieuse et facile à mettre en œuvre pour élaborer des matériaux optiques dont les propriétés peuvent être ajustées sur un large éventail", se réjouit Andrew Lovinger, directeur du Polymers Program de la National Science Fondation, instigatrice de cette recherche.

Selon les chercheurs, ce nouveau matériaumatériau disposé en film mince pourrait servir d'indicateur dans de multiples domaines en réagissant à de nombreux environnements, avec l'avantage de n'exiger aucune source d'alimentation et d'être réutilisable indéfiniment puisqu'il revient à son état de repos en l'absence d'excitation.

La recherche, l'industrie mais aussi de nombreux domaines domestiques pourraient en bénéficier, permettant d'un seul coup d'œilœil de déterminer l'état d'une expérience en cours, d'un processus de fabrication, ou même de la fraîcheur d'un aliment. D'autres applicationsapplications sont aussi envisagées : claviers, écrans tactiles, voire laserslasers, commutateurs optiques ou filtres optiques multibandes. Et l'avenir est prometteur puisqu'un nouveau gel capable de changer d'indice de réfraction en fonction de l'intensité d'un courant électriquecourant électrique se profile dans les laboratoires.

Gonflé, il change de couleur

En gros, le principe consiste à répartir savamment les charges électriques des fonctions azotées sur la chaîne du polymères. Quand les charges positives sont disposées vers l'extérieur, les moléculesmolécules se repoussent et la couche s'épaissit. Si, par exemple en présence de sel, ces charges positives sont masquées, les molécules se serrent davantage les unes contre les autres et la couche se tasse. Au total, le gel peut modifier son volume dans un rapport pouvant atteindre 1 pour 1000 dans l'eau, et la réaction est extrêmement rapide, de l'ordre d'une fraction de seconde.

Selon Edwin Thomas, il est possible de soumettre ce gel à des forces mécaniques ou chimiques permettant d'obtenir une variation de couleur très importante, allant même au-delà du spectrespectre visible, et s'étendant de l'ultravioletultraviolet (300 nanomètresnanomètres) à l'infrarougeinfrarouge (1.600 nanomètres).