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Une plante à l'origine d'une nouvelle fibre photonique

Une équipe de scientifiques de l'Université de Harvard et de l'Université d'Exeter, Royaume-Uni, a inventé une nouvelle fibre textile qui change de couleur lorsqu'elle est étirée. Inspirés par la nature, les chercheurs ont identifié et reproduit les éléments uniques structurels qui créent la brillante couleur bleu irisé, à partir des fruits d'une plante tropicale.

La fibre multicouche, décrit aujourd'hui dans la revue Advanced Materials , pourrait se prêter à la création de tissus intelligents qui visiblement réagissent à la chaleur ou la pression.

«Notre nouvelle fibre est basée sur une structure que nous avons trouvée dans la nature, et grâce à l'ingénierie intelligente nous sommes allés un peu plus loin», explique l'auteur principal Mathias Kolle, un stagiaire postdoctoral à la Harvard School of Engineering et sciences appliquées (SEAS) . «La plante, bien sûr, ne peut pas changer de couleur. En combinant sa structure avec un matériau élastique, cependant, nous avons créé une version artificielle qui traverse un arc en ciel de couleurs quand il est érité ".

fibrephotonique

Les fibres photoniques sont fabriqués en enroulant plusieurs couches de polymère autour d'un noyau en verre, qui est ensuite éliminée par gravure. L'épaisseur des couches détermine la couleur apparente de la fibre, qui peut aller dans tout le spectre visible de la lumière. (Photo ©Mathias Kolle.)

Depuis l'évolution de notre regard de la vie sur Terre, il y a plus de 500 millions d'années, le succès de nombreux organismes s'est appuyé sur la façon dont ils interagissent avec la lumière et la couleur, ce qui permet la création de nouveaux matériaux. Les graines et les fruits, en particulier de couleur vive, sont supposés avoir évolué pour attirer les agents de dispersion des graines, en particulier les oiseaux.

Le fruit de la plante tropicale d'Amérique du Sud, Margaritaria nobilis , communément appelé "hogberry bâtard", est un exemple intéressant de cette adaptation. Le fruit ultra-lumineux bleu, qui a une faible teneur nutritive, imite un concurrent plus charnu et plus nutritif. Les oiseaux trompés mangent le fruit et finalement libèrent les graines sur une vaste zone géographique.

"Le fruit de cette plante "hogberry bâtard" était scientifiquement facile à prendre», explique le chercheur Peter Vukusic, professeur agrégé au laboratoire photonique de l'Université d'Exeter. "L'architecture de lumière manipulant les couches de surface a évolué pour servir une fonction biologique, inspirant une nouvelle conception technologique extrêmement utile et intéressante."

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Zoom sur la structure du fruit "hogberry bâtard", (Photo ©Mathias Kolle)

Vukusic et ses collaborateurs à Harvard a étudié l'origine structurelle de couleurs vibrantes de la graine. Ils ont découvert que les cellules supérieures de la peau de la graine contient une courbe, motif répétitif, ce qui crée la couleur par l'interférence des ondes lumineuses. (Un mécanisme similaire est responsable pour les couleurs vives des bulles de savon.) L'équipe d'analyse a révélé que plusieurs couches de cellules dans le tégument de la graine sont constitués chacun d'une architecture en couches cylindrique avec une grande régularité sur la nano-échelle.

L'équipe reproduit les principaux éléments structurels du fruit pour créer souples, extensibles et de changement de couleur des fibres photoniques utilisant un roll-up innovante mécanisme perfectionné dans les laboratoires de l'Université Harvard.

«Pour notre structure artificielle, nous réduisons la complexité du fruit de quelques éléments clés», explique Kolle. «Nous utilisons des fibres très fines et enrouler une bicouche polymère autour d'eux. Cela nous donne le contraste d'indice de réfraction, le bon nombre de couches, et la courbe, de section cylindrique dont nous avons besoin pour produire ces couleurs vives. "

harvardproductionLes chercheurs disent que le processus pourrait être renforcée et développée en fonction de la production industrielle.

Les chercheurs de Harvard ont développé une méthode unique de production des fibres photoniques, ils croient qu'il peut être mis à l'échelle pour la fabrication industrielle. (Photo: Mathias Kolle.)

"Notre fibre de laminage technique permet l'utilisation d'une large gamme de matériaux, en particulier les élastiques, avec la gamme de couleurs mise au point dépassant d'un ordre de grandeur tout ce qui a été rapporté pour les fibres thermiquement tirées», explique le co-auteur Joanna Aizenberg, Amy Smith Berylson professeur de science des matériaux de SEAS Harvard et conseiller de Kolle. Aizenberg est également directeur de l'Institut Kavli pour Bionano des sciences et de la technologie à Harvard et un membre du corps professoral de l'Institut Wyss pour biologiquement Inspiré d'ingénierie à Harvard.

Les fibres "des propriétés mécaniques supérieures, associées à leur brillance des couleurs et démontré accordabilité, les rendent très polyvalent. Par exemple, les fibres peuvent être enroulées aux formes complexes manteau. Parce que les fibres de changer de couleur sous contrainte, la technologie pourrait se prêter à puce textiles sportifs qui changent de couleur dans les zones de tension musculaire, ou ce sentiment quand un objet est placé sous pression en raison de la chaleur.

Coauteurs supplémentaires inclus Alfred Lethbridge à l'Université d'Exeter, Moritz Kreysing à l'Université Ludwig Maximilian (Allemagne), et Jeremy B. Baumberg, professeur de nanophotonique à l'Université de Cambridge (Royaume-Uni).

Cette recherche a été financée par le Bureau de l'US Air Force de recherche multidisciplinaire scientifique de l'Initiative de recherche universitaire, par le génie Royaume-Uni et sciences physiques Research Council, et grâce à une bourse de recherche postdoctorale de la Fondation Alexander von Humboldt. Les chercheurs ont également bénéficié de facilités au Harvard Center for Nanoscale Systems, qui fait partie du Réseau National Nanotechnology Infrastructure soutenu par la National Science Foundation américaine. L'Institut Wyss pour biologiquement Inspiré d'ingénierie à l'Université Harvard ont également contribué à cette recherche.

(Source : Harvard Gazette / Caroline Perry - 28 janv 2013) 

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