L’hackmanite minérale naturelle peut changer de couleur presque indéfiniment permettant de nombreuses applications

L’hackmanite minérale naturelle peut changer de couleur presque indéfiniment permettant de nombreuses applications

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 excellent 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 miracle hackmanite depuis près d’une décennie. Des applications telles que la surveillance UV personnelle et l’imagerie par rayons X ont été développées sur la base de la capacité de l’hackmanite à changer de couleur.

L’hackmanite change sa couleur du blanc au violet sous irradiation UV et finit par redevenir blanche si aucun UV n’est présent. Les caractéristiques structurelles qui réchauffent ces 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 structure moléculaire ne se décompose. En effet, le changement de couleur implique un changement radical de la structure 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 change, les atomes de sodium dans la structure sont relativement éloignés de leurs emplacements habituels, puis reviennent. peut être qualifiée de respiration structurelle et elle ne détruit pas la structure même si elle est répétée 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 structure globale en forme de cage tridimensionnelle de ces minéraux, qui est similaire à celle trouvée dans les zéolithes. Dans les détergents, par exemple, la structure 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 zéolithique où résident les atomes de sodium et de chlore. C’est-à-dire que la structure 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 change de couleur beaucoup plus rapidement que l’hackmanite, alors que les changements de tugtupite sont beaucoup plus lents.

“Sur la base des résultats de ce travail, nous avons découvert que la vitesse du changement de couleur est en corrélation avec la distance parcourue par les atomes de sodium. Ces observations sont importantes pour le développement futur des matériaux, car nous savons maintenant ce qui est requis de la structure 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 base des seules données expérimentales. En fait, nous n’aurions pas pu atteindre les conclusions actuelles sans un solide soutien des calculs théoriques, puisque seule la combinaison des données expérimentales et informatiques montre l’ensemble du tableau. Un tel détail et une telle précision qui n’auraient pas été possibles il y a quelques années à peine », explique Lastusaari.

Hackmanite a un potentiel incroyable pour les applications

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 applications 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 plus intéressantes que les chercheurs explorent actuellement est un dosimètre à base 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 force 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 pour téléphone portable pour mesurer le rayonnement UV qui peut être utilisée par n’importe qui », explique Sami Vuori.

Le consortium de recherche international 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.

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