Des capteurs optiques imprimés en 3D à grande échelle avec du plastique plasmonique 

Des chercheurs de l’Université de Technologie de Chalmers en Suède sont parvenus à créer des capteurs optiques d’hydrogène grâce à l’utilisation de plastique plasmonique imprimé en 3D. Une expérimentation qui ouvre de nombreuses perspectives d’application.

Qu’est-ce que le plastique plasmonique ? Il s’agit d’un mélange, ou composite, de nanoparticules métalliques plasmoniques et de polymère. Les nanoparticules métalliques plasmoniques sont utilisées depuis une vingtaine d’années pour divers usages qui tirent parti de leur forte interaction avec la lumière, dans le secteur médical et celui de la chimie notamment. Or les nanoparticules métalliques plasmoniques étaient principalement utilisées sur des surfaces planes et leur production s’effectuait au sein de salles blanches de laboratoire complexes. La recherche des universitaires de Chalmers est partie du souhait de produire de grandes quantités de nanoparticules métalliques plasmoniques sous la forme d’objets plasmoniques en trois dimensions et en respectant les principes du développement durable. Ainsi, le plastique a été choisi pour sa flexibilité, les économies qu’il permettait, les possibilités d’amélioration des produits qu’il offrait ainsi que pour sa capacité à être imprimé en 3D.

Du filament de plastique plasmonique (crédits photo : Malin Arnesson/Chalmers)

Le projet s’est révélé fructueux et le matériau produit a permis d’imprimer des objets très légers (moins d’un gramme) ou plus lourds, allant jusqu’à plusieurs kilos. L’application sur laquelle se sont concentrés les chercheurs de l’Université de Chalmers était la création de capteurs plasmoniques capables de détecter l’hydrogène. Le fait de pouvoir imprimer en 3D ce type de capteurs optiques fabriqués à partir de plasmons constitue une innovation significative. « Différents types de capteurs sont nécessaires pour accélérer le développement de la médecine ou l’utilisation de l’hydrogène comme carburant alternatif sans carbone. L’interaction entre le polymère et les nanoparticules est le facteur-clé lorsque ces capteurs sont fabriqués à partir de plastique plasmonique. Dans les capteurs, ce type de plastique permet non seulement la fabrication additive (l’impression 3D) ainsi que l’évolutivité du processus de fabrication des matériaux, mais a également la fonction importante de filtrer toutes les molécules à l’exception des plus petites – dans notre application, il s’agit des molécules d’hydrogène que nous souhaitons détecter. Cela évite que le capteur ne se désactive avec le temps », indique Christoph Langhammer, professeur au Département de physique, à la tête du projet. « Le capteur est conçu de manière à ce que les nanoparticules métalliques changent de couleur lorsqu’elles entrent en contact avec l’hydrogène car elles absorbent le gaz comme une éponge. Le changement de couleur vous avertit immédiatement si le niveau d’hydrogène devient trop élevé, ce qui est essentiel lorsqu’il s’agit d’hydrogène gazeux. À des niveaux trop élevés, il devient inflammable lorsqu’il est mélangé à l’air », explique encore Christoph Langhammer.  

Cette étude ouvre la voie à de nombreux autres cas d’applications, notamment dans le secteur médical et celui des technologies portables (vêtements ou accessoires qui comportent des éléments informatiques et électroniques avancés) mais aussi dans le domaine de la mode “standard” et de l’art.

Pour en savoir plus sur l’étude, cliquez ICI.

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*Photo de couverture : un élément du capteur, qui contient des nanoparticules de métal palladié – crédits : Malin Arnesson/Chalmers