Impression couleur folle sans encre

Lorsqu'un polymère vitreux transparent typique est courbé ou étiré, un blanchiment partiel du matériau se produit souvent juste avant qu'il ne se fissure ou ne se brise.. Ce phénomène imprévisible s'appelle crazy et a généralement été considéré comme une chose à éviter. Mais dans, Ito et al. signaler que le craquage peut être entièrement contrôlé et peut être utilisé pour colorer des polymères transparents. La formation de craquelures contrôlées pourrait donc être développée comme base d’un procédé sans encre à haute résolution pour l’impression couleur sur divers matériaux polymères souples et transparents.

Les polymères transparents ont été classiquement colorés en les mélangeant avec des pigments ou en imprimant une encre contenant un pigment sur des surfaces de polymère. Cependant, les polymères transparents peuvent également être colorés en produisant des structures microscopiques au sein des matériaux – un effet connu sous le nom de coloration structurelle. Les couleurs de structure sont fréquemment observées dans la nature, par exemple dans les ailes de papillon. Ito et ses collègues utilisent le craquage comme base de la couleur structurelle.

Les motifs de craquelures dans les polymères se forment dans une direction perpendiculaire à la contrainte appliquée et consistent en des vides s'interpénétrant à l'échelle du micromètre, pontés par des microfibrilles de polymère hautement orientées. Les microvoïdes et les microfibrilles dans les craquelures non contrôlées varient considérablement en taille et reflètent un large éventail de longueurs d'onde de la lumière, ce qui explique pourquoi les craquelures paraissent généralement blanches. Ito et ses collègues ont démontré que, si le contrôle de la fissuration est généré pour générer des couches poreuses alternant avec des couches compactes et non poreuses, cela peut renforcer les interférences de la lumière réfléchie par les différentes couches, produisant ainsi des couleurs spécifiques.

Les auteurs profitent d'un phénomène qui contrôle le champ de contrainte d’un polymère (la distribution des forces en son sein qui équilibre les forces externes), et contrôle donc la génération de manie. Lorsqu'un motif lumineux à «ondes stationnaires» est formé dans un film polymère sensible à la lumière, les liaisons transversales entre les molécules de polymère se forment sélectivement en couches, qui sont séparées par d'autres couches dans lesquelles aucune réticulation n'est survenue (figure 1); cela provoque une contrainte de traction sur les couches non réticulées. Les auteurs ont exposé ces films stratifiés à un solvant, qui libère la contrainte en provoquant la formation de craquelures dans les couches non réticulées. Les films résultants contenaient donc une alternance de couches denses et poreuses, générant des variations périodiques de l'indice de réfraction du matériau. La lumière qui brille sur les films se reflète sur des couches de folie successives, ce qui entraîne des effets d'interférence provoquant une coloration structurelle.

Ito et al. a mené une série d’expériences pour étudier le mécanisme physique et les conditions optimales de formation de manques périodiques dans divers films polymères transparents. Les microvides dans les craquelures sont, en réalité, de minuscules fissures et les auteurs concluent que la formation de ces fissures doit être contrôlée pour contrôler le processus de craquelage. Leur méthode est donc un véritable triomphe: les processus de formation de fissures sont beaucoup plus complexes et difficiles à gérer dans les matériaux amorphes (tels que les films polymères) que dans les films cristallins, car les structures microscopiques des matériaux amorphes sont plus aléatoires.

Les auteurs ne rapportent que la production de quelques couleurs dans leur travail, mais une large gamme devrait, en principe, être générée en ajustant soigneusement l'espacement des couches alternées. L'espacement peut, à son tour, être contrôlé en modifiant plusieurs facteurs: la longueur d'onde de la lumière utilisée pour produire les couches et la durée utilisée pour irradier les films; le type et le poids moléculaire du polymère; l'épaisseur initiale du film; le type et la température du solvant utilisé pour produire des craquelures; et la période de temps pendant laquelle le film est immergé dans le solvant.

Les auteurs ne sont pas les premiers à observer ce type de coloration structurale dans un film transparent multicouche. Cependant, la plupart des recherches dans ce domaine ont impliqué des méthodes complexes et coûteuses dans lesquelles des couches alternées de films sont déposées sur un substrat sous vide (voir la référence 7, par exemple). En revanche, Ito et ses collaborateurs ont mis au point une méthode simple et peu coûteuse basée sur un phénomène auparavant considéré comme inutile. En effet, des études antérieures sur le craquelage se concentraient principalement sur la recherche de moyens pour l’inhiber ou le prévenir^,plutôt que de le contrôler.

Les auteurs démontrent que le contrôle des engouements peut être utilisé pour l’impression couleur sans encre à une résolution incroyablement élevée (jusqu’à 14 000 points par pouce). La résolution des méthodes d'impression couleur conventionnelles, telles que l'impression à jet d'encre, est généralement de 600 à 1 200 points par pouce en raison des limites associées à la taille des gouttelettes d'encre pouvant être générées et aux effets de l'étalement de l'encre. Un autre avantage de la technique de Ito et de ses collègues est que le temps d’impression ne dépend pas beaucoup de la taille du substrat, car il s’agit d’un processus parallèle (le motif complet est imprimé simultanément sur le film), alors que l’impression à jet d’encre classique un processus d'écriture en série qui prend beaucoup plus de temps pour imprimer de grandes surfaces.

L’impact de ces travaux ne se limite pas à la coloration de matériaux polymères transparents, il nous permettra également de mieux comprendre la fissuration en général. Par exemple, le craquelement décrit par Ito et al. se produit dans la direction hors du plan (les couches s’empilent dans la direction de l’épaisseur du film), plutôt que dans le plan du film, comme cela est normalement observé dans les polymères sous contrainte. Il s’agit donc d’un phénomène intrigant qui mérite d’être approfondi. Il sera également intéressant d’explorer les propriétés mécaniques et électriques de la fissuration contrôlée.

La nature étonnamment simple de la méthode des auteurs signifie qu’elle pourrait facilement être adaptée à l’utilisation de la technologie actuellement disponible pour la coloration des polymères. Cependant, comme pour toute nouvelle technologie, il faudra surmonter plusieurs obstacles. Le processus des auteurs se limite en grande partie à un ensemble restreint de conditions d’exploitation et à certaines combinaisons de matériaux, de sorte que son applicabilité générale à d’autres matériaux reste encore à démontrer. D'autres travaux explorant en détail le mécanisme physique impliqué pourraient révéler comment la méthode pourrait être appliquée à n'importe quel matériau polymère. Dans l'intervalle, le contrôle des engouements trouvera probablement des applications intéressantes, autres que l'impression couleur sans encre, dans un polymère transparent, tel que les dispositifs électroniques et les capteurs.