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Des films fluorescents qui changent de propriétés quand on les étire


Imaginez un matériau qui soit à la fois lumineux et souple. Imaginez qu’à travers des lunettes polarisantes, sa luminosité change quand on le tourne dans tous les sens... C’est ce type d’objet que nous avons mis au point au Laboratoire de Physique des Solides. Amusant n’est-ce pas ? Et utile ! Car on peut imaginer de nombreuses applications, des écrans flexibles et antireflets par exemple, ou des dispositifs d’éclairage dont on peut moduler l’intensité.

Pour mettre au point de tels matériaux, nous avons utilisé des particules fluorescentes synthétisées au laboratoire : il s’agit de plaquettes nanométriques de semi-conducteur, le CdSe. Cette géométrie plate offre plusieurs avantages par rapport aux « quantum dots » sphériques plus usuels. D’une part, elle fournit une fluorescence très intense et bien définie. D’autre part, la lumière émise par ces plaquettes est polarisée.

Si on les disperse dans une matrice, on obtient un matériau composite, appelé aussi hybride. Nous avons déterminé qu’une matrice polymère de type SBS (pour polystyrene (PS) – polybutadiene (PB) – polystyrene), serait optimale pour arriver à contrôler la polarisation d’un tel matériau. Le SBS est un élastomère thermoplastique : c’est un copolymère constitué d’une alternance de domaines nanométriques de PS et de PB qui peut être facilement mis en forme et étiré. Le polybutadiène étant particulièrement compatible avec le ligand des plaquettes de CdSe, nous avons montré que les plaquettes sont confinées dans les domaines PB sous la forme d’empilements. L’agrégation macroscopique, souvent constatée dans ce type de matériau, est donc ici évitée.

Nous avons fabriqué des films hybrides et les avons étiré jusqu’à des taux de déformation de 100%. Nous avons montré que sous étirement, nous orientons non seulement les domaines du copolymère mais aussi les empilements de plaquettes, comme schématisé sur la figure ci-dessous. C’est alors tout le film qui émet une lumière polarisée lorsque l’on tire dessus. On le voit bien sur l’image de droite, où le film est observé à travers un polariseur orienté parallèlement puis perpendiculairement au film. L’orientation des plaquettes est réversible et disparaît lorsque l’on arrête de tirer sur le film. Ainsi, nous pouvons induire des propriétés optiques spécifiques dans des matériaux composites et les contrôler précisément.

 

Référence :
Strain-controlled fluorescence polarization in a CdSe nanoplatelet / block copolymer composite
E. Beaudoin, B. Abecassis, D. Constantin, J. Degrouard and P. Davidson.
Chem Commun 51, 4051-4054 (2015).

Contact :
Emmanuel Beaudoin