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Une équipe de chercheurs a mis au point les plus petits pixels jamais créés. Ils sont un million de fois plus petits que ceux des smartphones actuels, et sont fabriqués en emprisonnant des nanoparticules électrochimiques sous de minuscules fragments d’or. Cette nouvelle technologie pourrait trouver des applications diverses et variées, notamment dans le développement d’écrans flexibles géants de nouvelle génération : comme par exemple des écrans de la taille d’une façade de bâtiment.

Les écrans flexibles ultra-fins et ultra-souples n’en sont qu’à leurs débuts, et cette nouvelle technologie pourrait bien accélérer leur développement, en laissant nos plus grands rêves s’approcher de la réalité. Avez-vous déjà imaginé, par exemple, porter des habits imitant la peau changeante de la pieuvre, qui vous permettraient de vous fondre dans le décor ?

La production d’écrans flexibles de grande taille permettant ce genre d’application a toujours été très complexe, car ils sont fabriqués à partir de couches multiples très précises. Mais cela est sur le point de changer.

Développés par une équipe de chercheurs dirigée par l’Université de Cambridge, les minuscules pixels de couleur sont compatibles avec les technologies de fabrication actuelles sur films plastiques flexibles, ce qui réduit considérablement les coûts de production.

Au centre des pixels, se trouve une minuscule particule d’or de quelques milliardièmes de mètre de diamètre. Le grain est posé sur une surface réfléchissante, emprisonnant la lumière dans l’espace entre les deux. Autour de chaque grain se trouve une fine couche collante qui se modifie chimiquement lorsqu’elle est commutée électriquement, ce qui fait que le pixel change de couleur. Toutes les couleurs du spectre peuvent être produites.

enpom particules or pixels

Des eNPoMs (Electrochromic Nanoparticle-On-Mirror, signifiant littéralement “particule électrochimique sur miroir”) formées à partir de nanoparticules d’or (Au NPs) encapsulées dans une coque en polymère conductrice. Crédits : NanoPhotonics Cambridge/Hyeon-Ho Jeong, Jialong Peng

L’équipe de scientifiques est composée d’experts de différentes disciplines, dont la physique, la chimie et l’ingénierie industrielle. Elle est parvenue à fabriquer les pixels en revêtant de grandes quantités de grains d’or d’un polymère actif appelé polyaniline (PAni, ou PANI), puis en les pulvérisant sur du plastique souple à revêtement miroir, afin de réduire considérablement le coût de production.

Les pixels ainsi obtenus sont les plus petits jamais créés, un million de fois plus petits que les pixels d’un smartphone actuel.

Ils émettent suffisamment de lumière pour être perçus en plein soleil, et leur rendement énergétique est très intéressant. Cela est dû au fait qu’ils ne nécessitent pas une alimentation à intensité constante pour conserveur leur couleur. C’est ce dernier point qui en fait le type de pixel le plus adapté à la fabrication d’écrans de grande taille.

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« Nous avons commencé par les répandre sur des sachets alimentaires aluminisés, mais nous avons ensuite constaté que la pulvérisation en aérosol est plus rapide », explique Hyeon-Ho Jeong, du laboratoire Cavendish de Cambridge, co-auteur principal de l’étude.

« Ce ne sont pas des outils technologiques standards, mais ce genre d’approche radicale est nécessaire pour rendre ce type d’écrans réalisables et durables », a déclaré le professeur Jeremy J. Baumberg, du NanoPhotonics Centre du laboratoire Cavendish de Cambridge, qui a dirigé les recherches. « L’étrange physique de la lumière à l’échelle nanométrique lui permet d’être commutée, même si moins d’un dixième du film est recouvert de nos pixels actifs. C’est parce que, en utilisant ces architectures en or, la taille apparente de chaque pixel est plus grande – de plusieurs ordres de grandeur – que leur surface physique réelle ».

enpom particules or schema fonctionnement

Schéma d’un eNPoM, qui change de couleur en fonction de l’état redox (réaction d’oxydoréduction, une réaction chimique au cours de laquelle se produit un transfert d’électrons) de la couche mince (0 à 20 nm) de polyaniline (PANI) entourant chaque nanoparticule d’or (Au NP) sur le substrat de miroir en or (Au mirror). À droite : Réaction redox du PANI dans l’espace (PANI0, complètement réduit ; PANI1+, semi-oxydé ; PANI2+, complètement oxydé). (B) Simulations numériques montrant l’amélioration optique en champ proche de l’eNPoM pour l’état réduit de l’enveloppe de PANI (PANI0), montrant le point chaud dans l’espace. (C) Ses spectres de diffusion optique (lignes pleines) et d’absorption (lignes pointillées) correspondants, pour différents états redox de l’enveloppe de PANI (rouge à vert : PANI0 à PANI2+). (D) Images expérimentales de diffusion à champ noir (DF) d’un nanopixel eNPoM unique pour différents états redox de la coque de PANI (de gauche à droite : PANI0 à PANI2+). Crédits : NanoPhotonics Cambridge/Hyeon-Ho Jeong, Jialong Peng

Les pixels développés pourraient aboutir à une foule de nouvelles applications, telles que des écrans d’affichage faisant la taille d’un bâtiment, des façades de bâtiments pouvant dissiper la chaleur solaire, des vêtements et revêtements de camouflage actifs ou encore de minuscules indicateurs pour les futurs dispositifs de l’internet des objets.

L’équipe de recherche travaille actuellement à l’amélioration de la gamme de couleurs et cherche des partenaires pour développer davantage la technologie. Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue Science Advances.

Source : Science Advances

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