Les matériaux photoluminescents sont essentiels à de nombreuses technologies modernes, notamment les écrans, les cellules solaires, les dispositifs optoélectroniques et les capteurs. Cependant, la plupart des matériaux photoluminescents utilisés aujourd’hui dépendent de métaux toxiques et de ressources non renouvelables.
Une équipe de chercheurs de Yale dirigée par le premier auteur Ho-Yin (Leo) Tse et les professeurs Julie Zimmerman et Paul Anastas a trouvé un moyen de fabriquer des émetteurs photoluminescents à l'état solide avec de la lignine, un composant clé du bois et un déchet dans la fabrication du papier. Sûre et renouvelable, la lignine pourrait s’avérer promise à un brillant avenir dans la technologie photoluminescente.
Leur étude est publiée dans la revue Chimie. Nous avons discuté de l'étude avec le premier auteur Ho-Yin (Leo) Tse et l'auteur co-correspondant Hanno Erythropel.
Selon vous, quel est le principal point à retenir de ce travail ?
Les matériaux photoluminescents peuvent absorber et réémettre la lumière (par exemple un autocollant qui brille dans le noir) et ces matériaux sont essentiels pour de nombreuses technologies modernes. Ici, nous avons développé des matériaux photoluminescents uniquement basés sur un déchet : la lignine de l'industrie des pâtes et papiers et l'histidine, un acide aminé, sans nécessiter de métaux lourds ou d'halogènes comme le brome, qui sont couramment nécessaires.
Vous constatez que les matériaux photoluminescents actuellement utilisés sont toxiques. Comment ça?
De nombreux émetteurs d'affichage actuels utilisent des métaux lourds ou des structures halogénées (par exemple, des points quantiques à base de cadmium, des complexes platine/iridium ou des systèmes de lanthanides) et ils sont souvent fabriqués avec des réactifs dangereux et des étapes à haute température.
Cette combinaison soulève trois préoccupations : (1) le risque pour le consommateur est généralement faible dans le cadre d'une utilisation normale car les matériaux sont encapsulés, mais des dommages ou une élimination inappropriée peuvent créer des voies d'exposition ; (2) le risque pour les travailleurs provient de la manipulation de sels métalliques toxiques, de produits chimiques corrosifs/irritants et de solvants volatils pendant la fabrication ; et (3) les impacts environnementaux proviennent de l’extraction/raffinage des métaux, du traitement à forte intensité énergétique et des déchets électroniques en fin de vie.
Qu’est-ce qu’il est important de savoir sur la lignine et qu’est-ce qui vous a incité à l’essayer pour cette application ?
Pour fabriquer du papier, vous retirez la cellulose, mais les restes sont riches en lignine, qui est souvent brûlée pour produire de l'énergie. Cependant, la lignine est la matière naturelle la plus abondante contenant des groupes aromatiques, qui constituent un intrant important pour l’industrie chimique. Actuellement, il est généralement obtenu à partir du pétrole. Libérer le potentiel de la lignine constitue donc un pas important vers une société basée sur le pétrole.
Ici, la lignine joue un rôle important dans les propriétés photoluminescentes du matériau, notamment en raison de son caractère aromatique (outre quelques autres caractéristiques), démontrant ainsi qu'un matériau « naturel » combiné à un autre matériau naturel – un acide aminé présent dans les protéines – est une belle démonstration de ce dont les matériaux naturels sont capables.
Comment pouvez-vous construire à partir de cette recherche ?
Ce qui est passionnant, c'est que les matériaux développés ne sont pas encore optimisés. Ainsi, lorsque nous disons que la rémanence n'est que d'environ 300 millisecondes, l'espoir est qu'en faisant varier la composition et l'apport, en manipulant les deux « ingrédients » pour ainsi dire, les deux propriétés photoluminescentes (fluorescence et phosphorescence) pourront être améliorées.
En outre, il existe différents types de lignine, donc explorer la gamme des différentes lignines peut également contribuer à l’optimisation du système. D’une certaine manière, cette étude peut, espérons-le, jeter les bases et lancer l’élan nécessaire au développement d’autres matériaux photoluminescents d’origine renouvelable et non toxiques.
