Changer la perméabilité des rayons lumineux en quelques secondes

Sur l'image, on voit la nouvelle pièce, une iris électrochromique. Elle comporte trois niveaux d'ouverture. Sur la photo, seul le niveau central est activé (anneau noir). Contrairement à un diaphragme mécanique classique, l'ouverture centrale peut être modifiée sans affecter les autres. Les bornes permettent d'appliquer des tensions pour pouvoir contrôler électriquement chaque ouverture. Le noir sur l'image (à l'exception de l'anneau) est une couche d'électrode en or structurée. (Photo : Koziel/TUK)

Professeur Dr. Egbert Oesterschulze (re.) et son doctorant Carsten Kortz ont développé le nouveau filtre avec leurs partenaires. (Photo : Koziel/TUK)

Prendre une bonne photo en plein soleil de midi est également un défi pour les photographes expérimentés. Un filtre contrôlable électriquement, développé par des physiciens de Kaiserslautern en partenariat, peut aider ici. La quantité de lumière transmise est ajustée en réglant le degré de teinte. Il utilise des molécules électrochromes (EC) sur des nanoparticules, qui changent leurs propriétés optiques en moins d'une seconde lorsqu'une tension électrique est appliquée. Avec les filtres EC, il s'agit de l'élément le plus contrasté et le plus rapide. Il est notamment intéressant pour la micro-optique dans les smartphones. Les chercheurs présentent leur travail dans la revue spécialisée Nature Communications.

Le terme transmission décrit la perméabilité d'un matériau aux ondes lumineuses optiques. Les physiciens autour du professeur Dr. Egbert Oesterschulze, Carsten Kortz et Alexander Hein de l'Université Technique de Kaiserslautern (TUK) ont développé un filtre innovant capable de modifier cette perméabilité en moins d'une seconde.

« Dans notre technologie, deux électrodes coordonnées sont utilisées pour renforcer au maximum leur coloration », explique le professeur Oesterschulze, qui dirige à la TUK la chaire de physique et de technologie des nanostructures. La particularité : des couches de nanoparticules avec des molécules spécialement adaptées sont placées sur les électrodes. Celles-ci possèdent des propriétés très particulières : elles sont électrochromes. Cela signifie qu'elles modifient leurs propriétés optiques lorsqu'une tension est appliquée ou modifiée sur les électrodes. « Lorsqu'une électrode subit une oxydation, l'autre subit en même temps une réduction », indique le professeur de Kaiserslautern. « Des électrons migrent d'une électrode à l'autre. » En conséquence, les molécules sur les nanoparticules se colorent. Cet état de coloration reste sans apport supplémentaire d'énergie et peut être entièrement effacé en inversant la polarité de la tension.

Les chercheurs ont réussi à faire en sorte que ce processus électrochimique pour ce type de matériaux se déroule rapidement tout en obtenant un contraste de coloration très élevé. « Cela prend moins d'une seconde », poursuit-il. « C'est jusqu'à présent la vitesse la plus rapide atteinte dans ce domaine. »

Ces composants ou matériaux utilisés ne sont pas seulement intéressants pour les appareils photo et les caméras de smartphones ; ils pourraient également être employés dans les fenêtres à teinte variable. Il est possible de filtrer non seulement la lumière visible, mais aussi, selon le matériau, le rayonnement infrarouge, qui chauffe particulièrement les intérieurs d’un bâtiment en été. De plus, les filtres présentés pourraient également être utilisés dans des caméras destinées à des applications de sécurité, par exemple pour la surveillance de terrains. Une surexposition due à l’ensoleillement peut ainsi être évitée.

Les physiciens de Kaiserslautern ont développé ce système en collaboration avec leurs collègues chercheurs, le Dr Marius Ciobanu et le professeur Dr. Lorenz Walder de l’Université d’Osnabrück. Le travail a été financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Cette étude est parue dans la revue spécialisée renommée Nature Communications : « Complementary hybrid electrodes for high contrast electrochromic devices with fast response ». Elle a également été distinguée par la rédaction de la revue comme « Highlight des éditeurs » : https://www.nature.com/collections/dmmhtcypsc/content/jacilynn-brant

DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-019-12617-4

Questions répondues par :
Prof. Dr. Egbert Oesterschulze
Physique et technologie des nanostructures
Tél. : 0631 205-2680
E-mail : oester[at]physik.uni-kl.de