le flux de protons – Technoguide

Les scientifiques étudient les films transparents luminescents à utiliser dans les écrans à faible consommation d’énergie (tels que les écrans LED) et d’autres applications, ainsi que les possibilités qu’ils ouvrent pour faire progresser les méthodologies dans plusieurs domaines de la recherche biologique et électronique. Cependant, bien que des films solides transparents à émission multicolore aient été développés, trouver des moyens efficaces pour régler la couleur et l’intensité des émissions lumineuses a été difficile.

Maintenant, dans un article récent publié dans la Royal Society of Chemistry’s Materials Advances, un nouveau mécanisme pour régler facilement la luminescence d’un matériau transparent solide émettant de la lumière nouvellement modifié est décrit – il consiste simplement à moduler sa concentration en protons (ou pH) via l’application d’une tension.

Ce matériau a été développé dans le laboratoire du professeur Makoto Tadokoro, chimiste inorganique et spécialiste des matériaux à l’Université des sciences de Tokyo au Japon. Le professeur Tadokoro et son équipe, dont le Dr Hajime Kamebuchi de l’Université Nihon, au Japon, et M. Taiho Yoshioka de l’Université des sciences de Tokyo, ont commencé avec un film polymère transparent appelé Nafion. Les films de nafion sont bien connus sous le nom de conducteurs de protons (matériaux dans lesquels l’électricité est conduite via le mouvement de protons) et d’échangeurs de cations (matériaux qui attirent facilement les particules chargées positivement). Ces deux propriétés se sont avérées essentielles pour le contrôle de la luminescence offert par le matériau qu’il aiderait éventuellement à former.

Une troisième propriété de Nafion qui l’a rendu encore plus utile pour l’équipe du professeur Tadokoro est sa structure moléculaire. La structure de Nafion permettait à des «complexes» de deux métaux, le terbium (Tb) et l’europium (Eu), qui sont connus pour être des émetteurs de lumière, d’y être incorporés lorsqu’il était plongé dans une solution contenant les complexes métalliques. Ainsi, le processus de fabrication du matériau était simple et peu coûteux.

Lorsque le produit final – un film polymère contenant un complexe métallique – a été immergé dans une solution acide (pH 2-5; donneur de protons), il est devenu vert. Trempé dans une solution alcaline (pH 9-12; accepteur de protons), il est devenu rouge. Dans une solution neutre (pH 6-8), il a viré au jaune (une combinaison de rouge et de vert).

L’analyse spectroscopique a expliqué aux auteurs pourquoi ces changements de couleur spécifiques se produisaient. Dans les solutions acides, les protons absorbés par Nafion «activaient» les ions métalliques Tb, mais pas les ions métalliques Eu. Dans les solutions alcalines, les ions métalliques Eu ont pris la vedette et les émissions des ions Tb ont été éteints. Dans les solutions neutres, les deux émettaient de la lumière. Cela a confirmé que le gradient de concentration de protons dans le matériau déterminait sa luminescence.

Les scientifiques ont ensuite pu facilement régler la luminescence en accrochant le matériau à une batterie après l’avoir trempé dans une solution acide. La solution acide a rendu le matériau vert. Mais lors de l’application d’une tension, alors que les protons se déplaçaient vers le côté chargé négativement du matériau, le côté chargé positivement déficient en protons a commencé à virer au rouge. La partie centrale du matériau est devenue jaune. Le professeur Tadokoro déclare: «Nous pensons que c’était la partie la plus difficile de notre étude – et accessoirement aussi notre plus grand succès. La découverte que le flux de protons dans un milieu solide sous un champ électrique peut être contrôlé, ce qui nous permet contrôler la «couleur» de la lumière émise est sans précédent. Dans les systèmes biologiques, les flux d’ions sont responsables de nombreuses activités biochimiques essentielles. Les «ioniques à l’état solide» que nous démontrons peuvent trouver des applications dans de nombreux domaines différents. “

Interrogé davantage sur la signification pratique de son travail, le professeur Tadokoro déclare: «Nos résultats montrent qu’il est possible de fabriquer des matériaux de verre ou de film émettant des couleurs multicolores peu coûteux dont les émissions peuvent être réglées en appliquant simplement une tension pour contrôler le flux de protons, et donc gradient de protons, à l’intérieur du matériau. En d’autres termes, non seulement la conduction électronique, mais aussi la conduction protonique peuvent être un moyen de contrôler la luminescence des matériaux. “

Mais, bien que cette étude soit une étape importante dans le cheminement vers la réalisation d’émetteurs transparents pour un large éventail d’applications – telles que la détection de gradients de pH dans les cellules biologiques ou la construction de nouveaux écrans et illuminateurs – le dispositif développé ici n’est pas tout à fait prêt pour le marché. Le professeur Tadokoro dit: “Nous essayons maintenant d’ajouter un complexe émettant de la lumière bleue dans notre système, afin que nous puissions obtenir un matériau qui peut émettre de la lumière sur tout le spectre visible.”

Une fois que cela sera réalisé, les sciences seront un peu plus avancées et une nouvelle génération de matériaux émettant des couleurs multicolores hautement accordables ne sera peut-être pas trop loin!

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université des sciences de Tokyo. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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