Des chercheurs de l'Université de Kobe ont créé une nouvelle « encre de couleur structurelle » qui n'a qu'une épaisseur de 100 à 200 nanomètres et affiche des couleurs vives sous un grand angle de vision sans décoloration, tout en pesant moins d'un demi-gramme par mètre carré (0,002 once par pied carré). Les peintures et pigments courants absorbent certaines longueurs d’onde de la lumière et en réfléchissent d’autres, mais cela les dégrade souvent au niveau moléculaire, provoquant une décoloration.
Les couleurs structurelles, quant à elles, reflètent le spectre complet de la lumière provenant de nanostructures parallèles parfaitement espacées pour annuler certaines longueurs d'onde de la lumière. C’est cet effet qui donne aux ailes de papillon et aux plumes de paon leur magnifique couleur brillante. Étant donné que la lumière n'est pas absorbée, mais simplement réfléchie par la structure, la couleur ne s'estompe pas, mais l'effet dépend souvent beaucoup de l'angle de vue, ce qui donne un arc-en-ciel éblouissant de couleurs qui sont très belles dans la nature mais un peu peu orthodoxes pour la plupart des couleurs industrielles.
L'équipe de Kobe a recherché une nouvelle façon de créer une couleur structurelle. Au lieu d’utiliser des nanostructures parallèles, leur méthode utilise de minuscules sphères de silicium cristallin. Grâce à un phénomène appelé « résonance de Mie », ces sphères nanométriques réfléchissent certaines longueurs d'onde beaucoup plus fortement que d'autres, et ces longueurs d'onde varient en fonction de la taille des particules.
Autrement dit, changer la taille de ces particules change la couleur du matériau. Puisque la sphère réfléchit la lumière dans toutes les directions, il n’y a pas d’effet arc-en-ciel. Les chercheurs ont démontré que ces encres pouvaient être imprimées. Il convient de noter que la couleur est plus forte lorsque les nanosphères ont un peu d'espace autour d'elles, plutôt que d'être étroitement emballées, donc moins c'est plus.
"Une couche de nanoparticules de silicium peu réparties, d'une épaisseur de seulement 100 à 200 nanomètres, peut afficher des couleurs vives mais pèse moins d'un demi-gramme par mètre carré. Cela fait de nos nanosphères de silicium l'une des plus légères au monde", a déclaré Hiroshi Sugimoto, ingénieur en matériaux à Kobe, dans un communiqué de presse.
L’industrie aéronautique est l’un des domaines qui a le plus besoin de revêtements ultra-légers. Selon SimpleFlying, le poids de la peinture transportée par les avions de passagers varie de 272 à 544 kilogrammes (600 à 1 200 livres), et tout ce qui est transporté par l'avion affectera directement l'efficacité énergétique.
"Si nous utilisons de l'encre à base de nanosphères, nous pourrons peut-être réduire le poids à moins de 10 pour cent", a déclaré Sugimoto.
Ainsi, partout où l'avion va, il consomme un peu moins de carburant – à peu près la même chose qu'avec cinq ou six passagers adultes de sexe masculin de moins.
De plus, la peinture ordinaire se décolore facilement, nécessitant jusqu'à 455 litres (120 gallons) de peinture pour être repeinte, ce qui coûte 200 000 $. Ces nouvelles encres de couleurs structurelles sont totalement inaltérables, de sorte que même si elles coûtent plus cher au départ, elles peuvent être utilisées indéfiniment, ce qui entraîne des économies sur la durée de vie de l'avion.
Les avions commerciaux peuvent souvent être utilisés pendant des décennies, et une fois que ces encres de couleur structurelles ultra-fines pourront être mises en production, les perspectives commerciales seront bonnes.
La recherche a été publiée dans la revue ACS Applied Nanomaterials et la vidéo ci-dessous montre les encres.