Développement de matériaux flexibles optiquement actifs à partir de nanostructures hybrides à base d’assemblages moléculaires chiraux. – CPLhelixCNPA

Ce projet propose la création de nouveaux matériaux hybrides chiraux aux propriétés photoluminescentes grâce à l’inclusion homogène et individualisée de nanoparticules chirales et photoluminescentes dans des matrices multi-dimensionnelles.
Pour créer ces matériaux, nous allons explorer l’organisation de molécules photoactives via l'adsorption/greffage sur des nano-structures inorganiques chirales dont l'hélicité, la periodicité et le diameter sont bien contrôlés. Ces structures organisées au niveau moléculaire (fabrication “bottom-up”) peuvent ensuite êtres incorporées dans des matrices multi-dimensionnelles de type (1) nanofibres 1D avec les axes des hélices alignés le long des fibres, (2) films 2D avec ou sans organisation dans le film ou (3) en matériaux 3D (gel ou cristaux colloïdaux).
Notre approche est basée sur l’utilisation de nanohélices de silice comme base directrice pour l’organisation chirale des luminophores. Ces nanohélices permettent une construction de structures robustes mais avec une chiralité parfaitement contrôlée. La chiralité venant de la structure de base, l’utilisation de luminophores chiraux n’est alors pas nécessaire, ce qui permet une grande richesse en termes de molécules utilisables. L’originalité et l’avantage indéniables de ce système, par rapport aux molécules organiques couramment utilisées (ex : ADN, protéines ou surfactants), est la solidité des structures inorganiques permettant leur utilisation dans des conditions très variées en terme de température, pH, salinité, solvant, etc… sans risquer de les détruire.
En plus du fort caractère fondamental de ces recherches dû à l’originalité de l’approche, le projet CPLhelixCNPA offre un fort potentiel pour générer des avancées technologiques dans le domaine de l’optoélectronique et des écrans 3D, e.g. leur utilisation pour la formation de films de luminescence à polarisation circulaire (CPL) avec des pertes en énergie limitées grâce à la génération de CPL à partir de molécules luminescentes simples et robustes. De plus, la synthèse des nanohélices de silice se fait par des procédés de chimie à très faible impact sur l’environnement (dans l’eau, pression et température ambiantes, aucun rejet toxique, etc…).
Ce projet utilise la technologie moléculaire de l'auto-assemblage d'amphiphiles pour fabriquer les patrons moléculaires servant à la synthèse des architectures hélicoïdales, ainsi que pour l'auto-organisation des luminophores sur ces architectures. La conception de luminophores pouvant s'agréger sans perte de luminescence est aussi un défi de technologie moléculaire car il nécessite de concevoir des espèces dont le dégrée d'interaction électronique est modulable afin d'obtenir une délocalisation excitonique couvrant quelques nanomètres sans que cela inhibe l'émission de lumière. Le projet est donc directement en ligne avec l’appel à projet car il vise la conception de nouveaux matériaux grâce au développement de nouveaux outils de technologie moléculaire. Pour mener à bien ce projet, une recherche interdisciplinaire de haut niveau dans le domaine des nanotechnologies est nécessaire. Le consortium créé pour ce projet montre une parfaite complémentarité entre les partenaires car ils ont à la fois des compétences communes et des spécificités particulières cruciales pour élucider les différents aspects de ce projet (4 partenaires: 1 de l’Université de Kumamoto, 1 de Kyoto et 2 de Bordeaux). Si tous les partenaires ont déjà travaillé ensemble depuis des années, ce projet ouvre la possibilité de développer une nouvelle direction de recherche. Un projet de création de Laboratoire Internationale Associé (LIA) vient d’être accepté par CNRS. Ce LIA, “Chiral Nanostructures for Photonic Applications (CNPA) - Hierarchical chiral nanostructures based on molecular assemblies for light management, sensor, chiral séparation and catalysis”, est constitué de 10 équipes de japon et de France, et ce projet ANR fait partie de projet principal de ce LIA.