Des chercheurs suédois de l’Université de technologie de Chalmers ont mis au point un matériau composite unique en son genre appelé plastique plasmonique, qui peut être imprimé en 3D et utilisé pour créer des capteurs optiques d’hydrogène. Constitué d’un polymère et de nanoparticules métalliques colloïdales plasmoniques, le plastique plasmonique interagit fortement avec la lumière. Cette propriété rend ce matériau utile pour diverses applications telles que les composants optiques de capteurs médicaux, les traitements médicaux, la photocatalyse pour contrôler les processus chimiques et différents types de capteurs de gaz.
Six ans de recherche et développement
L’équipe de chercheurs a travaillé sur ce projet pendant six ans, cherchant à produire des nanoparticules métalliques plasmoniques durables en grande quantité et à fabriquer des objets plasmoniques tridimensionnels.
Le plastique a été choisi en raison de ses propriétés, notamment sa capacité à être moulé dans presque toutes les formes, son coût abordable, son potentiel de mise à l’échelle et sa compatibilité avec l’impression 3D.
La couleur du matériau est déterminée par le métal utilisé pour les nanoparticules présentes dans le plastique plasmonique ainsi que par leur forme et leur taille.
Les capteurs d’hydrogène imprimés en 3D
La fabrication de capteurs d’hydrogène imprimés en 3D possède différents avantages dont l’interaction entre le polymère et les nanoparticules, la fabrication à grande échelle et durabilité du matériau et le filtrage des molécules autres que celles de l’hydrogène.
Le professeur Christoph Langhammer, qui a dirigé le projet, explique que l’interaction entre le polymère et les nanoparticules est un facteur clé dans la fabrication de ces capteurs à partir de plastique plasmonique.
Ce type de plastique permet non seulement la production additive (que réalise ERPRO 3D FACTORY spécialiste de ce type de fabrication additive en grande série) et la mise à l’échelle du processus de production de matériaux, mais il a également pour fonction importante de filtrer toutes les molécules sauf celles, plus petites, comme les molécules d’hydrogène à détecter.
De nombreuses applications possibles
La réduction de l’utilisation des plastiques est souhaitable en général mais il existe cependant de nombreuses applications avancées en ingénierie qui ne sont possibles qu’en raison des propriétés uniques des plastiques.
Les plastiques plasmoniques pourraient permettre d’exploiter la boîte à outils polyvalente de la technologie des polymères pour concevoir de nouveaux capteurs de gaz, des applications dans le domaine de la santé et des technologies portables, par exemple.
Le professeur Christoph Langhammer souligne que la production de matériaux peut être mise à l’échelle, en s’appuyant sur des méthodes de synthèse respectueuses de l’environnement et efficaces en termes de ressources pour créer des nanoparticules, et est facile à mettre en œuvre.
Composition et fonctionnement du plastique plasmonique
Le plastique plasmonique se compose d’un polymère tel que le Téflon amorphe ou le PMMA et de nanoparticules colloïdales d’un métal réparties uniformément dans le polymère.
Les nanoparticules peuvent alors changer de couleur si leur environnement est modifié ou si elles-mêmes changent, par exemple lors d’une réaction chimique ou lors de l’absorption d’hydrogène.
En dispersant les nanoparticules dans le polymère, celles-ci sont protégées de l’environnement, car les molécules plus grandes ne peuvent pas traverser le polymère comme les molécules d’hydrogène, extrêmement petites.
Les avantages et les applications potentielles du plastique plasmonique sont les suivants :
- Prix abordable et compatibilité avec l’impression 3D.
- Production à grande échelle et respectueuse de l’environnement.
- Conception de nouveaux capteurs de gaz et applications médicales.
- Inspiration pour les artistes et designers de mode grâce à sa palette de couleurs ajustables.
Le plastique plasmonique développé par les chercheurs suédois est une innovation majeure dans le domaine des matériaux composites.
Ce matériau pourrait jouer un rôle crucial dans la transition vers des énergies et des industries plus vertes, ainsi que dans de nombreuses autres applications telles que la santé, les technologies portables, l’art et la mode. Vous pourrez sans doute le retrouver lors du 3D Print à Paris en octobre 2023.
Il offre une solution économique et respectueuse de l’environnement pour répondre aux défis actuels et futurs.