{"id":11910,"date":"2021-09-10T16:22:25","date_gmt":"2021-09-10T14:22:25","guid":{"rendered":"https:\/\/www.olikrom.com\/?p=11910"},"modified":"2023-03-22T13:55:48","modified_gmt":"2023-03-22T11:55:48","slug":"materiaux-photochromiques","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.olikrom.com\/fr\/blog\/oeil-de-lexpert\/materiaux-photochromiques\/","title":{"rendered":"Tout savoir sur les mat\u00e9riaux photochromiques"},"content":{"rendered":"<div id=\"pl-11910\"  class=\"panel-layout\" ><div id=\"pg-11910-0\"  class=\"panel-grid panel-no-style\" ><div id=\"pgc-11910-0-0\"  class=\"panel-grid-cell\" ><div id=\"panel-11910-0-0-0\" class=\"so-panel widget widget_sow-editor panel-first-child panel-last-child\" data-index=\"0\" ><div\n\t\t\t\n\t\t\tclass=\"so-widget-sow-editor so-widget-sow-editor-base\"\n\t\t\t\n\t\t>\n<div class=\"siteorigin-widget-tinymce textwidget\">\n\t<h2>C\u2019est quoi un mat\u00e9riau photochrome ?<\/h2>\n<p style=\"text-align: justify;\">Un rev\u00eatement photochrome (du grec\u00a0<em>phot\u00f4s<\/em>\u00a0lumi\u00e8re et\u00a0<em>chromos<\/em> couleur) est, par d\u00e9finition, constitu\u00e9 d\u2019un pigment\/colorant dont les propri\u00e9t\u00e9s optiques (couleurs) changent en pr\u00e9sence d'une excitation lumineuse.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Ces compos\u00e9s photosensibles font partie de la <strong>vaste famille des mat\u00e9riaux X-chromes<\/strong>, \u00e0 savoir des mati\u00e8res qui changent de couleurs sous l'influence d'un simulus ext\u00e9rieur : temp\u00e9rature, pression, taux d'humidit\u00e9, etc.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Le m\u00e9canisme<\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\" wp-image-10785 alignleft\" src=\"https:\/\/www.olikrom.com\/wp-content\/uploads\/2021\/09\/sam_5824-750x500.jpg\" alt=\"\" width=\"416\" height=\"277\" \/>Plus sp\u00e9cifiquement, un pigment photosensible est une substance chimique, organique ou inorganique, dont la coloration est modifi\u00e9e sous excitation lumineuse suite \u00e0 la formation d'un \u00e9tat m\u00e9tastable. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne peut \u00eatre r\u00e9versible ou non, et la cin\u00e9tique est fortement d\u00e9pendante du pigment et de la nature de l'excitation.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Le photochromisme est une transformation r\u00e9versible, photo-induite dans au moins un sens, entre deux \u00e9tats A et B d\u2019une esp\u00e8ce chimique ayant des spectres d\u2019absorption diff\u00e9rents. Le rayonnement \u00e9lectromagn\u00e9tique responsable de la transformation selon le m\u00e9canisme se situe dans le domaine de l\u2019ultraviolet, du visible ou du proche infrarouge.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Le passage A \u2192 B s\u2019effectue par irradiation \u00e0 une longueur d\u2019onde \u03bb<sub>A<\/sub> correspondant au domaine spectral du photochrome (au niveau fondamentale A), et celui de B \u2192 A par irradiation \u00e0 une longueur d\u2019onde \u03bb<sub>B<\/sub> dans la zone d\u2019absorption du photochrome (niveau photoinduit m\u00e9tastable B), ou par r\u00e9action thermique (\u0394).<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Si l\u2019on consid\u00e8re la r\u00e9action de retour de B vers A, il existe deux types de photosensibles : - <strong>forme P<\/strong>, si le retour a lieu uniquement par photochimie ; - <strong>forme T<\/strong>, si le retour peut aussi avoir lieu par voie thermique.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h2 style=\"text-align: justify;\">Quelles sont les grandes familles de mat\u00e9riaux photochromes ?<\/h2>\n<p style=\"text-align: justify;\">Historiquement, la premi\u00e8re description d\u2019une propri\u00e9t\u00e9 photosensible remonte \u00e0 1867. Fritzsche (C. R. l'Academie Sci. 1867, 69, 1035) rapporta la d\u00e9coloration d\u2019une solution de t\u00e9trac\u00e8ne \u00e0 la lumi\u00e8re du soleil, puis son retour \u00e0 sa colorim\u00e9trie initiale (orange) dans le noir.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Aujourd\u2019hui, le photochromisme est une propri\u00e9t\u00e9 observ\u00e9e dans des mol\u00e9cules purement <strong>organiques<\/strong>, dans des <strong>d\u00e9riv\u00e9s biologiques<\/strong> (notamment associ\u00e9s au m\u00e9canisme de la vision r\u00e9tinienne) mais aussi dans des <strong>compos\u00e9s inorganiques<\/strong>. Les r\u00e9actions ne n\u00e9cessitant pas de grandes modifications de conformation au cours de la photocommutation peuvent \u00eatre observ\u00e9es aussi bien en solution qu'en phase cristalline.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Les mat\u00e9riaux organiques photochromiques<\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\">Ce sont certainement les <strong>mol\u00e9cules photochromes les plus \u00e9tudi\u00e9es<\/strong>. Les processus chimiques mis en jeu au cours de l\u2019irradiation sont nombreux. Il peut s\u2019agir d\u2019un r\u00e9organisation structurale (isom\u00e9risation cis-trans autour de doubles liaisons, transfert de proton, ouverture et fermeture de cycles), comme d\u2019un processus r\u00e9dox.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>Le photochromisme par r\u00e9action r\u00e9dox<\/strong> a \u00e9t\u00e9 d\u00e9couvert dans la famille des quinones et des naphtal\u00e8nes (Z. F Phys. Chem., 1899, 30, 140). Dans ces syst\u00e8mes, la transition photochromique est provoqu\u00e9e par la r\u00e9action r\u00e9dox qui change fortement la conjugaison des ar\u00e8nes.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>L\u2019isom\u00e9risation cis-trans<\/strong> est rencontr\u00e9e dans les d\u00e9riv\u00e9s des stilb\u00e8nes, des azobenz\u00e8nes. Ils pr\u00e9sentent une isom\u00e9risation de la double liaison C=C ou N=N sous irradiation UV. Un exemple de photoisom\u00e9risation cis-trans est le \u00ab Disperse Red one \u00bb (DR1).<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>L\u2019isom\u00e9risation par transfert de proton intramol\u00e9culaire <\/strong>est d\u00e9crite pour les compos\u00e9s salicylid\u00e8ne-anilines. Le transfert de proton intramol\u00e9culaire permet le passage de la forme \u00e9nol (jaune) \u00e0 la forme c\u00e9tone (rouge), en raison d\u2019une transition n-p* de la paire d\u2019\u00e9lectrons libres de l\u2019oxyg\u00e8ne. Selon les compos\u00e9s, le retour \u00e0 la forme \u00e9nol peut prendre quelques secondes ou plusieurs mois.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>L\u2019isom\u00e9risation par fermeture ou ouverture de cycle<\/strong> est un m\u00e9canisme rencontr\u00e9 sous deux formes :<\/p>\n<ul>\n<li style=\"text-align: justify;\">de forme T (r\u00e9versibilit\u00e9 par voie thermique) comme les spiropyranes et spirooxazines<\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\">de forme P (r\u00e9versibilit\u00e9 par voie photochimique) comme les fulgides et les diaryl\u00e9th\u00e8nes<\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify;\">Les spiropyrannes et les spirooxazines ont \u00e9t\u00e9 largement \u00e9tudi\u00e9es. Sous irradiation dans ultraviolet, la liaison carbone-oxyg\u00e8ne se rompt, suivi d\u2019une isom\u00e9risation cis-trans menant \u00e0 la forme color\u00e9e appel\u00e9e m\u00e9rocyanine.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Les premiers exemples de diaryl\u00e9th\u00e8nes r\u00e9versibles ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9crits par Irie (J. Org. Chem. 1988, 53, 803-808). Cette famille est aujourd\u2019hui largement \u00e9tudi\u00e9e. Les d\u00e9riv\u00e9s diaryl\u00e9th\u00e8nes allient \u00e0 la fois une irr\u00e9versibilit\u00e9 thermique et une grande r\u00e9sistance. Les cycles de photocoloration et de photod\u00e9coloration peuvent \u00eatre effectu\u00e9s sur certains diaryl\u00e9th\u00e8nes plus de 10<sup>4<\/sup> fois sans observation de photod\u00e9gradation (J. Org. Chem. 1988, 53, 6136-6138).<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Mat\u00e9riaux photosensibles hybrides<\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>Les ligands organiques \u00e0 base d\u2019antenne photochrome<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">De nombreux complexes hybrides sont compos\u00e9s d\u2019une (ou plusieurs) antenne(s) photochrome(s) organique(s) reli\u00e9e(s) \u00e0 un ion m\u00e9tallique. C'est la r\u00e9organisation structurale de ces antennes par isom\u00e9risation et\/ou cyclisation photo-induite est \u00e0 l'origine de la modification de couleur.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Parmi les antennes photosensibles les plus d\u00e9crites, on trouve les d\u00e9riv\u00e9s azobenz\u00e8nes, spiropyranes, diaryl\u00e9th\u00e8nes ou quinones. Les ligands utilis\u00e9s pour connecter le complexe m\u00e9tallique sont fr\u00e9quemment la bipyridine, la terpyridine ainsi que la cyclopentadi\u00e9nyle substitu\u00e9e par un groupement azobenz\u00e8ne.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Si l\u2019on consid\u00e8re \u00e0 titre d\u2019illustration les diaryl\u00e9th\u00e8nes associ\u00e9s \u00e0 des complexes m\u00e9talliques, les compos\u00e9s obtenus pr\u00e9sentent la propri\u00e9t\u00e9 photochromique gr\u00e2ce au m\u00e9canisme de photocyclisation du ligand. Les complexes d\u00e9crits impliquent notamment le rh\u00e9nium, platine et zinc.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>Les pigments photochromes \u00e0 changement de g\u00e9om\u00e9trie<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">L\u2019exemple le plus marquant est le complexe de cuivre, [Cu(dieten)<sub>2<\/sub>](BF<sub>4<\/sub>)<sub>2<\/sub> poss\u00e9dant deux ligands N,N-di\u00e9thyl\u00e9thyl\u00e8nediamine (dieten). Sous irradiation, le complexe passe d\u2019une conformation plan carr\u00e9 \u00e0 une conformation l\u00e9g\u00e8rement distordue qui place le m\u00e9tal dans une conformation l\u00e9g\u00e8rement t\u00e9tra\u00e9drique. La photocommutation du rouge au violet est stable plusieurs heures \u00e0 une temp\u00e9rature de 35 K.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>Les complexes photochromes \u00e0 transition de spin<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Certains complexes ont la particularit\u00e9 de changer d\u2019\u00e9tat de spin en fonction d\u2019une irradiation. Cette r\u00e9organisation \u00e9lectronique d'une configuration haut spin \u00e0 bas spin peut \u00eatre accompagn\u00e9e d\u2019une modification de la couleur. Il existe plusieurs types de transitions provoqu\u00e9es par l\u2019irradiation. L'effet LIESST (Light-Induced Excited Spin State Trapping) est le processus photoinduit le plus \u00e9tudi\u00e9. Il a \u00e9t\u00e9 observ\u00e9 pour la premi\u00e8re fois en 1984 (Inorg. Chem. 1985, 24, 2174) dans le complexe de Fer(II) poss\u00e9dant six ligands propylt\u00e9trazole (ptz), [Fe(ptz)<sub>6<\/sub>](BF<sub>4<\/sub>)<sub>2<\/sub>.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\" wp-image-11912 alignright\" src=\"https:\/\/www.olikrom.com\/wp-content\/uploads\/2022\/01\/bleu-de-prusse.png\" alt=\"\" width=\"242\" height=\"204\" \/>Les complexes photosensibles \u00e0 valence mixte<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Certains analogues de Bleu de Prusse sont connus pour leurs propri\u00e9t\u00e9s photochrome et magn\u00e9tique. Ces d\u00e9riv\u00e9s, compos\u00e9s de deux centres m\u00e9talliques divalent et trivalent connect\u00e9s par des ligands cyano, pr\u00e9sentent une aimantation induite par irradiation ou pour des variations de temp\u00e9ratures. C\u2019est notamment le cas des analogues cobalt-fer (Polyhedron 2001, 20, 1339) qui changent de la forme Fe<sup>III<\/sup><sub>LS<\/sub>-CN-Co<sup>III<\/sup><sub>LS<\/sub> \u00e0 la forme Fe<sup>II<\/sup><sub>LS<\/sub>-CN-Co<sup>II<\/sup><sub>HS<\/sub> par irradiation \u00e0 basse temp\u00e9rature. Ce transfert d\u2019\u00e9lectrons d\u2019un centre m\u00e9tallique \u00e0 l\u2019autre s\u2019accompagne d\u2019une r\u00e9organisation structurale, d\u2019une modification des propri\u00e9t\u00e9s optique (transition du vert au rouge) et magn\u00e9tique.<\/p>\n<p><strong>Les complexes photor\u00e9actifs \u00e0 intraconversion d\u2019un ligand<\/strong><\/p>\n<p>Les compos\u00e9s de cette famille les plus \u00e9tudi\u00e9s sont les complexes pr\u00e9sentant un ligand nitrosyle, \u00e0 l\u2019exemple du nitroprussiate de sodium : Na<sub>2<\/sub>[Fe(CN)<sub>5<\/sub>(NO)].<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\" wp-image-11913 alignright\" src=\"https:\/\/www.olikrom.com\/wp-content\/uploads\/2022\/01\/ms1.png\" alt=\"\" width=\"395\" height=\"196\" \/>Ce complexe photosensible pr\u00e9sente deux \u00e9tats m\u00e9tastables :<\/p>\n<ul>\n<li style=\"text-align: justify;\">un photoinduit MS<sub>1<\/sub> qui se caract\u00e9rise par l\u2019inversion du nitrosyle en ligand isonitrosyle, o\u00f9 le m\u00e9tal est directement coordonn\u00e9 \u00e0 l\u2019oxyg\u00e8ne.<\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\">un photoinduit MS<sub>2<\/sub>, pour lequel le ligand nitrosyle lin\u00e9aire au niveau fondamental devient \u00ab coud\u00e9 \u00bb. Dans cette conformation dite coud\u00e9e, la liaison m\u00e9tal-ligand est consid\u00e9r\u00e9e comme une conformation \u03b7<sup>2<\/sup> \u2013NO.<\/li>\n<\/ul>\n<h3><\/h3>\n<h3>Les pigments inorganiques photochromiques<\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\">L'effet photoinduit a \u00e9galement \u00e9t\u00e9 d\u00e9crit dans les pigments inorganiques, notamment, \u00e0 base d\u2019halog\u00e9nures d\u2019argent, de zinc et d\u2019oxydes de molybd\u00e8ne.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Sous l\u2019effet d\u2019un rayonnement lumineux, la r\u00e9action oxydor\u00e9ductrice, Ag<sup>+<\/sup>\u00a0+ X<sup>-<\/sup>\u2192 Ag<sup>0<\/sup>\u00a0+ X<sup>0<\/sup>\u00a0(X = Cl, Br, I) entra\u00eene la formation de collo\u00efdes d'argent. Le mat\u00e9riau initialement clair devient gris sombre. Lorsque l'excitation cesse, la r\u00e9action inverse prend forme. Le mat\u00e9riau retourne dans sa configuration stable et recouvre sa coloration initiale.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Une autre classe de mat\u00e9riaux inorganiques photor\u00e9actifs est celle des oxydes \u00e0 base de molybd\u00e8ne. Sous excitation UV, le MoO<sub>3<\/sub>\u00a0passe du jaune p\u00e2le \u00e0 un bleu intense. Le changement de coloration est d\u00fb \u00e0 la photo-r\u00e9duction de cations m\u00e9talliques Mo<sup>6+<\/sup>\u00a0(configuration 4d<sup>0<\/sup>)\u00a0en Mo<sup>5<\/sup><sup>+<\/sup>\u00a0(configuration 4d<sup>1<\/sup>) sous illumination.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h2>Conclusion<\/h2>\n<p style=\"text-align: justify;\">A travers cette succincte analyse de l\u2019existant, nous venons de rapporter les principaux mat\u00e9riaux et m\u00e9canismes responsables du photochromisme. Chacune de ces familles pr\u00e9sentent des avantages et des inconv\u00e9nients.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">La propri\u00e9t\u00e9 d\u2019un syst\u00e8me photochromique est d\u00e9pendante du processus chimique engag\u00e9, et cinq facteurs principaux doivent \u00eatre pris en compte :<\/p>\n<ul>\n<li>la nature de la source d'excitation : longueur d'onde, soleil ou lumi\u00e8re artificielle continue ou impulsionnelle, \u00e9nergie,<\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\">le taux de photoconversion,<\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\">la dur\u00e9e de vie des \u00e9tats photoinduits,<\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\">le domaine de temp\u00e9rature,<\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\">la fatigabilit\u00e9 du processus.<\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify;\">Ces principaux facteurs varient selon la nature du processus chimique et de fait, selon la nature des mol\u00e9cules utilis\u00e9es (organique, inorganique, biologique). Nos experts chimistes et photochimistes sont \u00e0 votre disposition pour s\u00e9lectionner le meilleur candidat au regard de la sp\u00e9cificit\u00e9 de votre cahier des charges et les applications.<\/p>\n<div class=\"btn_orange\"><a href=\"https:\/\/www.olikrom.com\/fr\/contact\/\">Contactez-nous<\/a><\/div>\n<\/div>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>C\u2019est quoi un mat\u00e9riau photochrome ? 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