Un futur brillant pour des matériaux hybrides
Signalés pour la première fois en 2010, les clustomésogènes associent des cristaux liquides (dont l'unité de base est un mésogène) avec des octaèdres formés de six atomes métalliques (clusters M6). Les scientifiques du projet MESOCLUST («Luminescent liquid crystalline materials based on metal clusters»), financé par l'UE, ont mis au point de nouvelles méthodes de traitement pour surmonter les difficultés de la synthèse des clusters métalliques.Les cristaux liquides sont des molécules à auto-assemblage, dont les propriétés sont intermédiaires entre en liquide et un solide. Leurs molécules sont partiellement ordonnées (comme dans un cristal), mais plus mobiles (comme dans un liquide). Les clusters sont des groupes de quelques atomes de métaux, maintenus par des liaisons métalliques qui leur confèrent des propriétés inhabituelles aux niveaux électrique, optique et magnétique.Les clustomésogènes associent l'auto-assemblage des cristaux liquides avec la forte luminescence des clusters dans le rouge et le proche infrarouge. La photoluminescence des clusters M6 présente un rendement quantique (le rapport entre l'énergie absorbée et l'énergie émise) proche de 100%. La partie cristaux liquides garde ses propriétés sur une large gamme de températures, et convient donc à diverses utilisations comme les systèmes d'affichage et d'informations analytiques.Les chercheurs ont exploité les liaisons covalentes et l'auto-assemblage pour faciliter l'association des clusters M6 (d'échelle nanométrique) avec un ordonnancement de cristaux liquides. Les premiers clusters étaient faits d'atomes de molybdène. Les scientifiques y ont ajouté le tungstène et le rhénium. La clé du succès a été d'utiliser des ligands organiques neutres pour fonctionnaliser les clusters M6 en contrôlant le nombre et la position des groupes de cristaux liquides. La liaison ne modifie pas les propriétés d'émission, et les fonctionnalités ont été préservées sur toute la plage de températures.Plusieurs nouveaux matériaux ont servi de tests pour les propriétés électro-optiques et photo-physiques. Les résultats ont apporté une solide base pour établir des corrélations entre la structure chimique des nouveaux matériaux hybrides et leur comportement en tant que cristal liquide.Les clustomésogènes représentent une nouvelle catégorie très intéressante, associant la mobilité et l'auto-assemblage des cristaux liquides avec la forte luminescence des clusters de métaux. Il n'était guère facile de contrôler de la formation des liaisons et de la structure pour des clusters de six atomes, donc à l'échelle nanométrique, mais les scientifiques de MESOCLUST y sont parvenus avec élégance, ouvrant la voie à l'exploration de nouvelles associations de matériaux et à de nouvelles utilisations.
