En enquêtant sur l’hackmanite, un matériau naturel merveilleux, les chercheurs ont découvert qu’en plus de deux autres minéraux, il peut changer de couleur lors d’une exposition répétée aux rayons UV sans s’user. Les résultats montrent que l’hackmanite bon marché, facile à synthétiser, est également un exceptional matériau en raison de sa grande durabilité et de son applicabilité à différentes fins.
Un groupe de recherche de l’Université de Turku, en Finlande, étudie et développe les propriétés du matériau wonder hackmanite depuis près d’une décennie. Des apps telles que la surveillance UV personnelle et l’imagerie par rayons X ont été développées sur la foundation de la capacité de l’hackmanite à changer de couleur.
L’hackmanite modify sa couleur du blanc au violet sous irradiation UV et finit par redevenir blanche si aucun UV n’est présent. Les caractéristiques structurelles permettant de tels changements répétés n’ont jusqu’à présent pas été claires. Maintenant, après avoir étudié trois minéraux naturels – l’hackmanite, la tugtupite et la scapolite – les chercheurs ont trouvé la réponse.
Les minéraux à changement de couleur étudiés sont des matériaux naturels inorganiques, mais il existe également des composés organiques, des hydrocarbures, qui peuvent changer de couleur de manière réversible en raison de l’exposition aux radiations. Ces hydrocarbures, cependant, ne peuvent changer de couleur que quelques fois avant que leur composition moléculaire ne se décompose. En effet, le changement de couleur implique un changement radical de la composition et le fait de subir ce changement à plusieurs reprises finit par casser la molécule.
“Dans cette recherche, nous avons découvert pour la première fois qu’il y a en fait un changement structurel impliqué dans le processus de changement de couleur. Lorsque la couleur modify, les atomes de sodium dans la composition s’éloignent relativement de leurs emplacements habituels, puis reviennent. Cela peut être appelé respiration structurelle et cela ne détruit pas la composition même si cela se répète un grand nombre de fois », rapporte le professeur Mika Lastusaari du département de chimie de l’université de Turku, en Finlande.
Les chercheurs ont prouvé que la capacité de l’hackmanite à alterner entre les formes blanches et violettes est hautement reproductible
Selon le professeur Lastusaari, la durabilité est due à la forte construction globale en forme de cage tridimensionnelle de ces minéraux, qui est similaire à celle trouvée dans les zéolithes. Dans les détergents, par exemple, la composition en forme de cage permet à la zéolite d’éliminer le magnésium et le calcium de l’eau en les liant étroitement à l’intérieur des pores de la cage.
“Dans ces minéraux qui changent de couleur, tous les processus associés au changement de couleur se produisent à l’intérieur des pores de la cage zéolitique où résident les atomes de sodium et de chlore. C’est-à-dire que la composition en forme de cage permet le mouvement atomique à l’intérieur de la cage tout en gardant la cage elle-même C’est pourquoi les minéraux peuvent changer de couleur et retrouver leur couleur d’origine pratiquement indéfiniment », explique le chercheur doctorant Sami Vuori.
Auparavant, on savait que la scapolite improve de couleur beaucoup in addition rapidement que l’hackmanite, alors que les changements de tugtupite sont beaucoup furthermore lents.
“Sur la base des résultats de ce travail, nous avons découvert que la vitesse du changement de couleur est en corrélation avec la length parcourue par les atomes de sodium. Ces observations sont importantes pour le développement futur des matériaux, auto nous savons maintenant ce qui est requis de la framework hôte pour permettent le contrôle et l’adaptation des propriétés de changement de couleur », commente la doctorante Hannah Byron.
“Il n’y avait pas de méthodes de caractérisation disponibles pour la recherche sur les minéraux à changement de couleur, c’est pourquoi nous avons développé nous-mêmes de nouvelles méthodes. Cependant, il est difficile d’interpréter les résultats sans ambiguïté sur la foundation des seules données expérimentales. En fait, nous n’aurions pas pu atteindre les présentes conclusions sans un solide soutien des calculs théoriques, puisque seule la combinaison des données expérimentales et informatiques donne une vue d’ensemble.Nous devons un grand merci à notre collaborateur le professeur Tangui Le Bahers et son groupe, qui ont développé et avancé des méthodes de calcul appropriées pour un tel niveau de détail et de précision qui n’aurait pas été probable il y a quelques années à peine », explique Lastusaari.
Hackmanite a un potentiel incroyable pour les apps
Le groupe de recherche sur les matériaux intelligents du département de chimie de l’Université de Turku, dirigé par Lastusaari, mène depuis longtemps des recherches pionnières sur les matériaux ayant des propriétés liées à la lumière et à la couleur, en particulier sur l’hackmanite. Ils explorent actuellement de nombreuses purposes pour l’hackmanite, telles que le remplacement éventuel des LED et d’autres ampoules par le minéral naturel et son utilisation dans l’imagerie par rayons X.
L’une des pistes les in addition intéressantes que les chercheurs explorent actuellement est un dosimètre à foundation de hackmanite et des détecteurs passifs pour la Station spatiale internationale, destinés à être utilisés pour mesurer l’absorption de dose de rayonnement des matériaux lors des vols spatiaux.
“La drive de la couleur de l’hackmanite dépend de la quantité de rayonnement UV à laquelle elle est exposée, ce qui signifie que le matériau peut être utilisé, par exemple, pour déterminer l’indice UV du rayonnement solaire. Le hackmanite qui sera testé sur la station spatiale sera utilisé de manière similaire, mais cette propriété peut également être utilisée dans des applications quotidiennes. Nous avons par exemple déjà développé une application de mesure de rayonnement UV pour téléphone moveable qui peut être utilisée par n’importe qui », explique Sami Vuori.
Le consortium de recherche global comprenait le groupe de recherche sur la chimie des matériaux intelligents et le laboratoire de recherche sur les matériaux de l’Université de Turku, en Finlande, ainsi que l’Université Claude Bernard Lyon 1, en France, et la Société minéralogique d’Anvers, en Belgique.