Les chercheurs pigmentaires de l'Université d'État de l'Oregon utilisent un minéral rare découvert en Norvège il y a plus d'un siècle comme feuille de route pour créer de nouveaux jaunes, des oranges et des rouges qui sont vibrants, durables, non toxiques et peu coûteux.
Les nouveaux pigments portent également un potentiel d'économie d'énergie: leur capacité à refléter la chaleur du soleil signifie que les bâtiments et les véhicules enduits nécessiteront moins de climatisation.
L'étude dirigée par MAS Subramanian, qui a fait l'histoire des couleurs en 2009 avec la découverte d'un pigment bleu vif maintenant connu commercialement sous le nom de Bleu Yinmn, a été publié dans Chimie des matériaux.
Le travail se concentre sur la structure cristalline de la thortveitite, un silicate contenant un scandium et un yttrium. Un silicate est tout composé avec du silicium et de l'oxygène.
Thortveitite n'est pas connu pour les couleurs vibrantes, mais en introduisant les éléments abondants nickel, zinc et vanadium dans un réseau cristallin de type thortveitite, les scientifiques ont produit une collection de pigments intenses jaunes, oranges et rougeâtres.
« La couleur qui en résulte dépend de la concentration et de l'environnement structurel du nickel divalent, qui est le principal chromophore responsable de la couleur », a déclaré Subramanian, professeur de chimie distingué à l'université et professeur de science des matériaux de Milton Harris à l'OSU College of Science.
Les chromophores sont les parties d'une molécule qui déterminent la couleur en reflétant certaines longueurs d'onde de lumière tout en absorbant d'autres.
« Bien que le nickel divalent soit connu pour produire des couleurs jaunes et vertes dans des composés inorganiques, il produit rarement des oranges et / ou des rouges », a déclaré Subramanian. « Les pigments découverts sont stables à des températures élevées et dans des environnements acides sans changement dans la structure ou les propriétés de couleur, et elles peuvent être faites dans l'air à des températures relativement basses, environ 750 ° C, ce qui rend la production à grande échelle faisable. »
Subramanian note que la recherche de pigments inorganiques vifs s'est déroulé tout au long de l'histoire enregistrée, souvent avec un succès limité en raison de problèmes de stabilité et de toxicité.
« Pour cette raison, les pigments jaune, orange et rouge actuellement utilisés sont utilisés pour une utilisation dans des revêtements à grande échelle et des applications de couleur », a-t-il déclaré. « Quelques remplacements ont été suggérés, mais ils ont tous des problèmes de stabilité et la plupart ne sont pas commercialement viables. »
En 2009, Subramanian a fait une découverte fortuite qui a secoué le monde des couleurs lorsque, tout en expérimentant de nouveaux matériaux pour les applications électroniques, il est tombé sur un bleu profond, vif et durable. C'était le premier nouveau bleu inorganique à être découvert en plus de deux siècles. Parmi ses autres réalisations, Yinmn Blue – nommé pour les composants Yttrium, Indium et Manganèse – a inspiré une nouvelle couleur de crayon Crayola: Bluetiful.
« La plupart des pigments sont découverts par hasard », a déclaré Subramanian. « La raison en est que l'origine de la couleur d'un matériau dépend non seulement de la composition chimique, mais également de la disposition complexe des atomes dans la structure cristalline. Ainsi, quelqu'un doit faire le matériau d'abord en laboratoire, puis étudier sa structure cristalline à expliquer la couleur. »
Depuis la découverte de Yinmn Blue, Subramanian a travaillé sur une approche de conception rationnelle pour retirer une partie de la chance du processus de recherche de pigment. Cependant, malgré les progrès récents des théories mécaniques quantiques et des méthodes de calcul, la prédiction d'une structure cristalline qui produira un pigment inorganique intense d'une couleur souhaitée est encore difficile.
« La sérendipité jouera toujours un rôle dans les nouvelles découvertes de pigments car la science ne suit pas toujours un chemin prescrit, ce qui ajoute à l'excitation de faire de la recherche sur les couleurs », a-t-il déclaré. « Mais notre approche tient la promesse d'accélérer le développement de nouveaux pigments avec des couleurs et des fonctionnalités ciblées.
« De plus en plus, nous comprenons une compréhension de l'interaction complexe entre la composition chimique, la structure cristalline et l'interaction de la lumière pour contrôler avec précision l'absorption et la réflexion de la lumière à travers le spectre visible. »
