Utiliser le principe du papillon

Pour leur nouvelle technologie, les scientifiques du groupe d'Andrew deMello, professeur de biochimie-ingénierie, se sont inspirés des papillons : Les ailes de l'espèce présente en Afrique tropicale. Cynandra opisapparaissent dans des couleurs brillantes. Ces couleurs sont obtenues grâce à des structures de surface régulières extrêmement fines dont la taille correspond à la longueur d'onde de la lumière visible. Ces structures dévient les rayons lumineux et renforcent ainsi certaines parties colorées de la lumière ou en éteignent d'autres. Les chercheurs de l'équipe de deMello sont parvenus à reproduire les structures de surface de la lumière.Cynandra opis ainsi que d'autres structures modifiées à l'aide d'une imprimante nano-3D. Ils ont ainsi créé un principe facile à appliquer pour la fabrication de ce que l'on appelle les couleurs structurelles.

Il existe de nombreux exemples de telles couleurs structurelles dans la nature, y compris celles qui sont dues à des structures de surface irrégulières - par exemple chez d'autres espèces de papillons. "Les nanostructures régulières sur les ailes deCynandra opis étaient particulièrement bien adaptées pour être reproduites par impression 3D", explique Xiaobao Cao, ancien doctorant dans le groupe de deMello et premier auteur de l'étude. Le site Cynandra-opis-Les structures sont constituées de deux couches superposées et perpendiculaires de grilles dont l'espacement est d'environ un demi-micron à un micron.

Toute la palette de couleurs

En faisant varier cet espacement de grille et la hauteur des barreaux de grille dans une plage de taille allant de 250 nanomètres à 1,2 micromètre, il est possible de faire varier la couleur, comme les chercheurs de l'ETH ont pu le montrer. Ils ont ainsi pu produire toutes les couleurs du spectre visible à l'aide de l'impression 3D. Parmi elles, de nombreuses couleurs qui n'existent pas dans le modèle naturel.

Les chercheurs ont réussi à fabriquer les surfaces avec différents matériaux, notamment avec un polymère transparent. "Il a ainsi été possible d'éclairer la structure par l'arrière pour faire apparaître la couleur", explique Stavros Stavrakis, scientifique du groupe deMello et coauteur de l'étude. "Nous avons ainsi réussi pour la première fois à produire toutes les couleurs du spectre visible sous forme de couleurs structurelles dans un matériau translucide".

Caractéristique de sécurité

Dans le cadre de cette étude, les scientifiques ont fabriqué une image miniature composée de pixels de couleurs structurelles de différentes couleurs de 2 micromètres sur 2. De telles images miniatures pourraient un jour être utilisées comme marque de sécurité sur les billets de banque et autres documents. Comme les couleurs peuvent être produites avec un matériau transparent, il serait en outre possible de fabriquer des filtres de couleur pour des appareils de mesure optiques nanotechnologiques. Cela correspond bien à l'activité de recherche principale du groupe du professeur de l'ETH deMello, qui développe des systèmes miniaturisés pour des expériences chimiques et biologiques, appelés systèmes microfluidiques.

Une fabrication à grande échelle de nanostructures est également envisageable, affirment les chercheurs. Si l'on fabriquait une structure négative comme modèle au moyen de l'impression 3D, il serait possible d'en produire un grand nombre d'empreintes. Le principe pourrait ainsi se prêter à la production d'écrans couleur à haute résolution - par exemple des écrans minces et flexibles. Enfin, selon les scientifiques, les pigments utilisés aujourd'hui dans les encres d'impression et de peinture pourraient être remplacés par de telles couleurs structurelles. Les couleurs structurées présentent quelques avantages par rapport aux couleurs pigmentaires : elles ont une longue durée de vie, car elles ne se décolorent pas sous l'effet de la lumière, et elles ont en outre, dans la plupart des cas, un meilleur bilan environnemental.