Une équipe de recherche de l'Université RMIT de Melbourne, en Australie, a développé une nouvelle technologie de revêtement qui utilise des ondes sonores à haute fréquence pour atomiser les liquides en gouttelettes d'aérosol de la taille du micron, formant ainsi une « couche protectrice invisible » uniforme et dense sur diverses surfaces fines sans chauffer ni endommager le substrat. Les chercheurs ont appliqué cette méthode aux feuilles de la plante à feuillage d'intérieur commune Pothos (Epipremnum aureum) pour la première fois, bloquant efficacement les rayons ultraviolets (UV) nocifs sans affecter la photosynthèse, démontrant de manière éclatante sa capacité douce mais très efficace à protéger les « organismes vivants fragiles ».
Le cœur de ce travail consiste à utiliser la technologie de la microfluidique acoustique (acoustomicrofluidique) pour contrôler le précurseur liquide afin qu’il soit étiré et « cassé » à la surface d’une minuscule puce capable de générer des ondes sonores ultra-hautes fréquences d’environ 10 MHz, formant un délicat nuage d’aérosol. Lorsque ces gouttelettes volent dans l’air et se déposent sur une surface cible, elles s’auto-assemblent en un type de matériau de structure organique covalent (COF), formant un revêtement protecteur de seulement quelques microns d’épaisseur mais possédant une structure continue et des fonctions bien définies. Ce processus intégré « atomisation + formation de film » peut être réalisé à température et pression ambiantes à l'air libre. Il ne nécessite pas de températures élevées, de réactions à long terme ou d'environnements de laboratoire stricts couramment utilisés dans les processus de revêtement traditionnels, ce qui réduit considérablement les exigences en matière de matériaux et d'environnement.
Les structures organiques covalentes sont un type de matériaux hautement poreux et cristallins, souvent décrits comme des « échafaudages moléculaires » dotés de trous à l'échelle nanométrique. Leur structure peut être conçue pour remplir de multiples fonctions telles que l’absorption de la lumière, la capture de produits chimiques spécifiques ou la protection de surfaces. Cependant, dans les applications passées, le processus de construction des COF a été extrêmement « pointilleux » : il nécessite généralement que les précurseurs réagissent à des températures élevées pendant une longue période, le processus est complexe et les conditions sont difficiles. Il est difficile à mettre à l’échelle et ne convient pas à une utilisation sur des substrats sensibles tels que les feuilles de plantes et les films souples. L'équipe de recherche a souligné que dans les processus traditionnels, il est souvent nécessaire de faire un choix difficile entre « maintenir la structure ordonnée du matériau » et « éviter d'endommager la surface revêtue », et la plate-forme d'atomisation sonique offre une nouvelle façon de résoudre ce dilemme.
Dans cette expérience, les chercheurs ont utilisé des feuilles de plantes comme objets de test pour vérifier les performances du revêtement sur des surfaces biologiques réelles : le revêtement COF peut absorber sélectivement les rayons ultraviolets nocifs tout en laissant passer librement la lumière visible, permettant ainsi aux plantes de poursuivre la photosynthèse. L'expérience a montré que pendant tout le processus de revêtement, d'irradiation UV et de retrait ultérieur du revêtement, les feuilles n'ont montré aucun signe évident de dommage pendant la période de test (60 jours), mettant en évidence l'équilibre entre l'effet protecteur et la biocompatibilité de ce « spray solaire sonique ». L'équipe de recherche considère cela comme une « preuve de concept » et estime que cette plateforme a le potentiel d'être promue et appliquée dans des interfaces, des dispositifs et des systèmes biologiques plus réels.
En termes de parcours technique, la plate-forme microfluidique acoustique adopte une conception au niveau de la puce, de petite taille et légère. Le principe de fonctionnement consiste à étirer et diviser en continu le liquide précurseur qui le traverse en fines gouttelettes stables grâce à des vibrations acoustiques ultra-haute fréquence générées à la surface de la puce. Lorsqu'elles sont déposées sur diverses surfaces, ces gouttelettes de brouillard permettent un dépôt de revêtement doux et hautement contrôlé, même sur des tissus mous aussi fins que des serviettes en papier. Les chercheurs ont souligné que cette méthode combine la « fabrication » et le « revêtement » en une seule étape, ne nécessite pas de chauffage supplémentaire ni de contrôle environnemental complexe et présente des avantages évidents en termes de simplification du processus et de champ d'application.
En termes de perspectives d'application, l'équipe de recherche accorde davantage d'attention aux utilisations possibles des revêtements COF dans les matériaux hautement sensibles et les dispositifs de nouvelle génération, notamment les textiles, les plastiques, le verre, les appareils électroniques à base de silicium, etc. De nombreux nouveaux produits électroniques, capteurs et matériaux membranaires sont extrêmement sensibles à la température et ne peuvent pas résister aux processus de revêtement traditionnels. Cependant, ils ont un besoin urgent de couches de protection de surface pour résister à la lumière, à la corrosion ou aux attaques chimiques. La technologie d’atomisation sonique comble cette lacune du processus. Les chercheurs impliqués dans l'étude ont souligné que cette méthode élargit considérablement les possibilités des COF, des matériaux de laboratoire aux applications pratiques, ouvrant ainsi une nouvelle situation pour leur déploiement dans la protection de l'environnement, les revêtements fonctionnels et la biotechnologie.
En termes d'évolutivité, l'équipe de recherche estime que cette plate-forme acoustique au niveau de la puce est très adaptée à l'intégration avec des systèmes sans pilote pour effectuer des tâches de pulvérisation raffinées sur de grandes surfaces. Grâce aux caractéristiques de miniaturisation et de faible coût de l'appareil, la plate-forme peut être installée sur des drones ou des véhicules autonomes pour enrober avec précision les cultures ou les feuilles forestières, réalisant ainsi une « protection solaire à point fixe » à grande échelle ou d'autres pulvérisations fonctionnelles dans des environnements extérieurs. Combinée aux avantages de la production à grande échelle apportés par la nanofabrication, les chercheurs s'attendent à ce que cette technologie soit déployée à grande échelle dans les futures applications de biotechnologie et d'ingénierie environnementale.
Actuellement, cette technologie a soumis une demande de brevet provisoire en Australie, et des articles de recherche connexes ont été publiés dans la revue universitaire « Science Advances ». L'équipe de recherche a déclaré qu'elle évaluerait davantage la stabilité et la durabilité du revêtement dans des conditions d'exposition à long terme dans l'environnement naturel et explorerait ses solutions pratiques en matière de protection des appareils électroniques, de films de protection chimique et d'autres interfaces sensibles. Même si les questions concernant la résistance aux intempéries en extérieur restent sans réponse, cette nouvelle méthode de fabrication et de dépôt de revêtements qui repose sur les ondes sonores a montré le potentiel de perturber les paradigmes de processus existants.