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Posté par Redbran le Mardi 12/12/2017 à 12:00
Des nanodiamants fonctionnalisés: futures protections contre les agressions laser ?
Une équipe du laboratoire « Nanomatériaux pour les systèmes sous sollicitations extrêmes » (CNRS/ISL/Université de Strasbourg), en collaboration avec des chercheurs de l’Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis (ISL), a mis en évidence les propriétés optiques remarquables de nanoparticules de diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la lonsdaléite), dont il représente l'allotrope de haute pression, qui cristallise dans le système cristallin...) modifiées chimiquement. Cette nouvelle classe de matériaux à réponse ultrarapide pourrait être capable de stopper un rayon laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de...) incident, une qualité recherchée pour la conception de filtres protecteurs pour les systèmes optroniques et les yeux des pilotes et combattants. Ces travaux sont parus dans la revue Scientific Reports.


Signatures Z-scan pour des nanodiamants conventionnels et nanodiamants modifiés soumis à des impulsions lasers nanoseconde (traces triangles noirs et cercles rouges, respectivement). Graphique haut: étude visible. Graphique bas: étude proche infra-rouge. Mise en évidence de réfraction non-linéaire (traces DND) et de l’effet Kerr électronique (traces DND-NH2).

Des chercheurs du laboratoire « Nanomatériaux pour les systèmes sous sollicitations extrêmes » et de l’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) franco-allemand de recherches de Saint-Louis viennent de réaliser des avancées majeures dans la conception de matériaux pour les filtres optiques, avec l’objectif de développer des protections pour des systèmes optroniques ou les yeux contre les agressions laser. Les chercheurs ont travaillé sur des nanodiamants synthétisés par détonation qui montrent d’intéressantes propriétés en optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) non linéaire et dont le comportement varie en fonction de leurs groupements fonctionnels de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...). Après avoir modifié chimiquement ces nanodiamants en greffant à leur surface des fonctions de type amine (NH2), les chercheurs ont étudié leurs propriétés optiques non-linéaires (transmission, diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un...), absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition...) et réfraction) en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque...) avec des lasers vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur,...) (d’une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...) d’onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte...) de 532 nm) et proche infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) (1064 nm). Alors que les nanodiamants conventionnels présentent un comportement pic-vallée lié au phénomène non-linéaire de lentille thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts...) induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur...) par l’impact laser, la réponse du cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon l'Union internationale de...) greffée à des impulsions de l’ordre de la nanoseconde a révélé un comportement vallée-pic totalement inattendu.

Les chercheurs attribuent cette signature inédite aux effets Kerr électroniques et discutent d’une forme particulière de transferts de charges inter– et intramoléculaires qui amplifierait cet effet. Avec cette découverte, les chercheurs espèrent développer une nouvelle classe de matériaux ultrarapides capables d’absorber un rayon incident. En effet, les filtres optiques dont le principe non-linéaire repose sur l’effet Kerr, présentent le net avantage d’avoir une dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de commutation ultra-rapide, offrant de facto une meilleure protection des systèmes contre les radiations lasers.

Référence publication:
Vincent Pichot, Olivier Muller, Aymeric Sève, Arnaud Yvon, Lionel Merlat & Denis Spitzer
Optical properties of functionalized nanodiamonds
Scientific Reports 26 octobre 2017
doi:10.1038/s41598-017-14553-z

Contacts chercheurs:
- Vincent Pichot, Laboratoire « Nanomatériaux pour les systèmes sous sollicitations extrêmes » - Saint-Louis
- Olivier Müller, Laboratoire interaction rayonnement-matière, Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis

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Source: CNRS-INC