Dans une recherche qui pourrait conduire à une nouvelle ère de l’éclairage, des chercheurs du Japon et d’Allemagne ont développé des cellules électrochimiques électroluminescentes respectueuses de l’environnement utilisant de nouvelles molécules appelées dendrimères combinées à des électrolytes dérivés de la biomasse et des électrodes à base de graphène. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Matériaux fonctionnels avancés.
L’électroluminescence est le phénomène par lequel un matériau émet de la lumière en réponse au passage d’un courant électrique. Tout, depuis l’écran que vous utilisez pour lire cette phrase jusqu’aux lasers utilisés dans la recherche scientifique de pointe, est le résultat de l’électroluminescence de différents matériaux. En raison de son omniprésence et de sa nécessité à l’ère moderne, il est naturel que des ressources importantes soient consacrées à la recherche et au développement pour améliorer cette technologie.
« Un tel exemple de technologie émergente est les » cellules électrochimiques électroluminescentes « ou LEC », explique le professeur agrégé Ken Albrecht de l’Institut de chimie et d’ingénierie des matériaux de l’Université de Kyushu et l’un des responsables de l’étude. « Ils ont attiré l’attention en raison de leur avantage en termes de coût par rapport aux diodes électroluminescentes organiques, ou OLED. Une autre raison de la popularité des LEC est leur structure simplifiée. »
Les appareils OLED nécessitent généralement la superposition soigneuse de plusieurs films organiques, ce qui rend leur fabrication délicate et coûteuse. Les LEC, quant à eux, peuvent être constitués d’une seule couche de film organique mélangée à des matériaux électroluminescents et à un électrolyte. L’électrode qui relie le tout peut même être fabriquée à partir de matériaux peu coûteux contrairement aux métaux rares ou lourds utilisés dans les OLED. De plus, les LEC ont une tension de commande inférieure, ce qui signifie qu’ils consomment moins d’énergie.
« Nos équipes de recherche ont exploré de nouveaux matériaux organiques pouvant être utilisés dans les LEC. L’un de ces candidats sont les dendrimères », explique le professeur Rubén D. Costa de l’Université technique de Munich, qui a dirigé l’équipe de recherche en Allemagne. « Ce sont des molécules polymères symétriques ramifiées dont la structure unique a conduit à leur utilité dans tout, de la médecine aux capteurs, et maintenant en optique. »
S’appuyant sur leurs travaux antérieurs sur le développement de dendrimères, l’équipe de recherche a commencé à modifier leurs matériaux pour les LEC.
« Le dendrimère que nous avons développé initialement avait des groupes moléculaires hydrophobes ou hydrofuges. En les remplaçant par des groupes hydrophiles ou aimant l’eau, nous avons constaté que la durée de vie du dispositif LEC pouvait être prolongée à plus de 1000 heures, soit plus de 10 fois à partir de l’original », explique Albrecht. « Ce qui le rend encore meilleur, c’est que grâce à notre collaboration avec l’équipe du Dr Costa, l’appareil est très écologique. »
Pendant des années, l’équipe de Costa en Allemagne a travaillé sur le développement de matériaux moins chers et plus respectueux de l’environnement dans les appareils électroluminescents. L’un des matériaux qu’ils ont expérimentés est l’acétate de cellulose, un composé organique commun utilisé dans tout, des fibres de vêtements aux montures de lunettes.
« Nous avons utilisé de l’acétate de cellulose dérivé de la biomasse comme électrolyte dans notre nouveau dispositif LEC, et nous avons confirmé qu’il avait la même durée de vie », poursuit Costa. « De plus, nous avons également découvert que le graphène peut également être utilisé comme électrode. Il s’agit d’une étape essentielle vers la fabrication de dispositifs électroluminescents flexibles utilisant des matériaux respectueux de l’environnement. »
L’équipe explique que bien que leur travail soit prometteur, des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que les appareils puissent être commercialisés.
« L’appareil que nous avons fabriqué ici n’éclaire qu’en jaune, nous devons donc le développer pour éclairer dans les trois couleurs de lumière primaires : bleu, vert et rouge. L’efficacité de la luminescence, la luminosité de la lumière, nécessite également du travail », conclut Albrecht. « Mais grâce à notre collaboration internationale, l’avenir s’annonce prometteur. »
Plus d’information:
Luca M. Cavinato et al, Famille Dendri-LEC : Établir un avenir radieux pour les émetteurs de dendrimère dans les cellules électrochimiques électroluminescentes traditionnelles et à base de graphène, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202302483
Fourni par l’Université de Kyushu