WO2017060591A1 - Dispositif et procede de visualisation d'un rayonnement electromagnetique de frequence terahertz - Google Patents

Dispositif et procede de visualisation d'un rayonnement electromagnetique de frequence terahertz Download PDF

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WO2017060591A1
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layer
surface layer
electromagnetic radiation
elastomer
formulation
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PCT/FR2016/052517
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Inventor
Eric Freysz
Benoit PHILIPPEAU
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bordeaux
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bordeaux
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/48—Photometry, e.g. photographic exposure meter using chemical effects
    • G01J1/50—Photometry, e.g. photographic exposure meter using chemical effects using change in colour of an indicator, e.g. actinometer

Definitions

  • the invention relates to the field of the detection of electromagnetic radiation whose frequency is in a range of terahertz frequencies.
  • the invention relates to a device and a method for viewing an electromagnetic radiation of terahertz frequency.
  • electromagnetic radiation of terahertz frequency denoted by “THz radiation” thereafter, is meant an electromagnetic radiation whose wavelength is less than one millimeter and preferably greater than 30 microns.
  • the terahertz frequency domain is therefore between the optical range of the infrared and the microwave radio frequency domain.
  • Electromagnetic radiation in the terahertz spectral range is invisible to the naked eye because located outside the visible spectrum. However, it is important to be able to detect and visualize such radiation in order to optimize the positioning and / or alignment of the beams emitted by laser sources or to visualize the spatial shape of a laser beam, for example.
  • visualization devices today depending on the spectral range of the electromagnetic radiation considered.
  • the substrate is covered with a first layer of varnish loaded with carbon black to absorb the infrared radiation, then a contrast layer is deposited on the absorbent layer.
  • This contrast layer is for example an opaque white varnish, loaded with titanium dioxide.
  • a thermosensitive layer of colorless lacquer loaded with thermochromic pigment particles is then deposited on the contrast layer.
  • this display system is not adapted to the display of terahertz frequency radiation because the energy released by the THz radiation is too low to be able to be properly absorbed by the constituent layers of this display system.
  • the absorbed energy is indeed insufficient to induce a local heating may cause a local change of color in the heat-sensitive layer.
  • the fact that the substrate is a thermal conductor contributes to this inefficient frequency detection THz since it then tends to dissipate the little energy absorbed by the different layers.
  • terahertz radiation detectors such as bolometers, pyroelectric detectors or semi-conductor detectors for example.
  • Bolometers are very sensitive but they operate at very low temperatures, typically below -269 ° C, and are very bulky.
  • Pyroelectric detectors are more compact and operate at room temperature but are generally not sensitive enough to THz radiation.
  • semiconductor-based detectors generally operate only over reduced frequency ranges and generally below 0.1 THz.
  • the document WO2014 / 016525 describes a device for viewing an electromagnetic radiation terahertz.
  • This device comprises an insulating substrate on which metal studs are arranged; an absorbent layer comprising carbon black and covering the substrate and the metal pads; a contrast layer based on white lacquer deposited on the absorbent layer; then a layer of material comprising a spin transition compound.
  • the spin transition is associated with a transition of the absorption coefficient of the material in the visible range, when the device is exposed to terahertz radiation with a power density greater than or equal to a predetermined threshold of power density.
  • the stack of layers described in this document does not allow sufficient absorption of THz radiation to induce a frank and instantaneous change in color and therefore a satisfactory visualization of THz radiation, because the compromise between absorption radiation and diffusion of local warming by thermal conduction is not optimal.
  • the spin-transition compounds generally have a relatively wide hysteresis loop, so that the return transition temperature to a spin-state can be below room temperature, in which case It is not possible to find, in a simple and fast manner, the initial color of the device after stopping the THz radiation exposure. The return to the initial color must then be achieved by cooling the display device, which makes its use more complex.
  • TeraCard a display card, called "TeraCard", which is suitable for all laser sources, they emit in the ultraviolet, visible, infrared or teraherz frequencies.
  • the card is based on a conversion of photons into infrared radiation.
  • the visualization can be performed only with the aid of a thermal imager, which contributes to increase the cost of the display system significantly.
  • Existing solutions do not give full satisfaction. Indeed, either they do not make it possible to correctly detect and thus to visualize satisfactorily the THz radiations, or they make it possible to detect THz radiations but on restricted ranges of frequencies.
  • the existing devices are generally too complex to implement and / or too bulky and / or too expensive.
  • the object of the invention is to propose a device for viewing a teraherz frequency electromagnetic radiation which is inexpensive, easy to implement, compact, operating over a wide range of frequencies while presenting time delays. Responses compatible with targeted industrial applications and offering a good compromise cost / performance.
  • Another object of the invention relates to a method of viewing an electromagnetic radiation terahertz frequency by such a device when it is exposed to said electromagnetic radiation, said visualization process being simple to implement for a user and allowing a fast visualization of the electromagnetic radiation, compatible with the targeted industrial applications, over a wide frequency range THz.
  • the invention relates to a device for displaying an electromagnetic radiation of terahertz frequency, characterized in that it comprises:
  • thermochromic pigment particles a second surface layer based on elastomer and loaded with thermochromic pigment particles
  • said surface layer and said support layer forming a stack adapted to absorb an electromagnetic radiation of terahertz frequency to induce a local increase in temperature, a stack in which said support layer is capable of transferring said local temperature increase to a region of said surface layer, by thermal conduction, so as to cause an apparent local color change in said region of said surface layer .
  • the elastomer based on each of the layers of the device has the property of being very absorbent vis-à-vis THz radiation.
  • the thermally conductive nanomaterials of the support layer furthermore make it possible to diffuse a local heating induced by the absorption of the radiation towards a region of the surface layer so that the particles of thermochromic pigment undergoing local warming change locally in color. in said region of the surface layer.
  • each layer is obtained after vulcanization of a base formulation comprising a mixture of two elastomeric materials, one of them being a polar elastomer,
  • the elastomeric materials constituting each layer belong to the family of silicones
  • the polar elastomer is a fluorinated silicone
  • thermochromic pigment particles incorporated into the surface layer are chosen from leuco dyes, of which the temperature of thermal degradation is greater than the vulcanization temperature of the constituent elastomer of said layer and whose transition temperature from a first color to a second color and vice versa is between ⁇ 1 and ⁇ 6 ° C. ratio at room temperature,
  • thermochromic pigment particles in the base formulation of the surface layer is between 3 and 5% of the total weight of the formulation
  • the support layer doped with thermally conductive nanomaterials, has a thermal conductivity less than or equal to 5 Wm -1 K -1 at 25 ° C, the weight percentage of thermally conductive nanomaterials in the base formulation of the support layer is between 2 and 5% of the total weight of the formulation,
  • the thermally conductive nanomaterials are chosen from at least one of the following nanomaterials: carbon nanotubes, graphenes, fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanowires and / or metal nanoparticles, - the thickness of each layer is less than or equal to 200 ⁇ - ⁇ .
  • the invention also relates to a method for viewing an electromagnetic radiation of terahertz frequency, said method being characterized in that it consists in exposing the display device, as described above, to a radiation electromagnetic terahertz frequency, so that the stack of layers of said device absorbs said terahertz radiation to induce a local temperature increase which is diffused, by thermal conduction, in a region of the surface layer, resulting in an apparent color change in said region of the surface layer having undergone local temperature increase.
  • FIG. 1 a diagram of a THz radiation display device according to the invention, seen in section,
  • FIGS. 2A and 2B diagrams of the device of FIG. 1, viewed from the front, that is to say by its thermosensitive surface layer, respectively before and during exposure to THz radiation.
  • Figure 1 shows a device 10 for viewing THz radiation according to the invention, seen in section.
  • This device is formed of a stack of two layers 20, 30, a first layer called “surface layer” 30 and a second layer called “support layer” 20.
  • the surface layer 30 is intended to allow the visualization of radiation by an apparent local color change due to a local heating of the layer, while the support layer 20 is intended to absorb the THz radiation and to transfer the local temperature increase induced by this absorption, to a region of the surface layer 30, by thermal conduction.
  • the surface layer 30 is based on elastomer.
  • the elastomeric material belongs to the family of silicones, also called by their chemical name "polysiloxanes”.
  • the surface layer 30 is therefore advantageously obtained after vulcanization of a base formulation comprising an apolar elastomer and a polar elastomer.
  • This basic formulation may further comprise a vulcanizing agent to allow the formation of a three-dimensional network after heating to a temperature greater than or equal to the vulcanization temperature of the constituent elastomer mixture of the formulation.
  • thermochromic pigment particles are incorporated in this base formulation of the surface layer 30.
  • the second elastomer, polar may belong to the same family and be selected from fluorosilicones, for example.
  • the amount of polar elastomer is between 20 and 40% of the total weight of the base formulation.
  • Such a proportion makes it possible to obtain a correct absorption of the THz radiation.
  • An excessively large amount of polar elastomer, that is to say an amount greater than 40% of the total weight of the formulation, would, on the one hand, contribute to degrading the thermochromic pigment incorporated in the base formulation of the superficial layer and on the other hand, to increase the viscosity of the material too much to allow obtaining a vulcanized material of small thickness, typically less than or equal to 200 ⁇ " ⁇ , at the time of the final shaping step and Lastly, the white / cream color of the fluorinated silicone would be difficult to cover by the thermochromic pigment and could then cause problems of perception of the color transition.
  • the viscosity of the elastomer mixture must be such that it allows, on the one hand, homogeneous incorporation of the thermochromic pigment in the elastomeric formulation, and on the other hand, obtaining a thin layer after shaping and vulcanization.
  • the optimum viscosity is obtained for polar elastomer proportions of between 20 and 40% of the total weight of the formulation.
  • the thickness of the surface layer 30 is less than or equal to 200 ⁇ " ⁇ .In fact, if this layer is too thick, the transition phenomenon thermochromic pigments, a first color A to a The second color B, obtained by local warming of the surface layer, may be too long, resulting in response times of the display device which are too long to be compatible with the intended industrial applications. satisfactory response, typically less than 20s, the thickness of the surface layer 30 is preferably less than or equal to 200 ⁇ - ⁇ .
  • the elastomeric material preferably takes on the color of the thermochromic pigment particles incorporated in the base formulation.
  • the thermochromic pigments have the ability to change apparent color in the visible depending on a change in temperature, heating or cooling.
  • the thermochromic pigment incorporated in the base formulation of the surface layer 30 is selected from leuco dyes.
  • the leuco-dyes change color, under the action of an external stimulus, for example a heating ⁇ , but they do not change composition.
  • the reverse action for example cooling, allows the previously broken bond under the action of heat to reform and thus the molecule to regain its original state and its initial color.
  • the leuco dyes have the advantage of offering a sharp color change in a restricted temperature range, of the order of 1, 5 ° C to 2 ° C, around the transition temperature. They are therefore very reactive to the change of temperature and allow to reach a high sensitivity.
  • the heating value ⁇ that the pigment must undergo to change color is fixed at the time of the design of the device according to its transition temperature Tt and the ambient temperature T0.
  • Room temperature is defined as the operating temperature of the device. It is generally between 20 and 25 ° C.
  • thermochromic pigment to be incorporated in the elastomer-based formulation is chosen from leuco dyes whose thermal degradation temperature is greater than the vulcanization temperature of the elastomer, or elastomers, which constitutes (s) of the surface layer 30.
  • thermochromic pigment is generally in solid form, more particularly in powder form.
  • the proportions of pigment in the elastomer formulation must be sufficient to allow a correct visualization of the color change, but they must not be too important not to increase the viscosity of the formulation which would then make it possible to obtain a homogeneous mixture and which would increase the difficulties of obtaining a thin layer during the shaping and vulcanization step.
  • the proportions of thermochromic pigments in the elastomer formulation are advantageously between 3 and 5% of the total weight of the base formulation.
  • the transition temperature Tt of the pigment is preferably in a range of values close to the ambient temperature T0.
  • the transition temperature Tt of the pigment chosen to pass from a first color to a second color and vice versa, is between ⁇ 1 and ⁇ 6 ° C with respect to the ambient temperature and, moreover, preferred, it is between ⁇ 2 and ⁇ 5 ° C relative to the ambient temperature.
  • the transition temperature is between +3 and + 5 ° C relative to the ambient temperature.
  • the chemical composition of the surface layer 30 does not, however, absorb the THz radiation over the entire frequency range from 0.1 to 10 THz. In order to be able to guarantee such absorption and detection over the whole of this spectral range, the surface layer 30 rests on a support layer 20 doped with highly absorbent materials in the whole of this spectral range ranging from 0.1 to 10 THz.
  • the THz absorbing materials in this spectral range comprise, for example, thermo-conductive nanomaterials, capable of allowing, in addition, the diffusion of a local heating induced by the absorption of the radiation, towards a region of the superficial layer. 30 of visualization.
  • the diffusion of local warming into the superficial layer is added to the local warming experienced by the surface layer itself, and makes it possible to cause a local color change of the thermochromic pigment incorporated in the surface layer 30.
  • the thermally conductive nanomaterials are advantageously incorporated into the base formulation of the support layer 20.
  • This formulation is also based on elastomer.
  • This elastomer may be identical to or different from that of the surface layer 30. It must, however, be compatible, in order to allow the two layers to be affixed to each other during the shaping and vulcanization stage of the layers. , to form a stack.
  • the elastomer belongs to the family of silicones, also called by their chemical name "polysiloxanes”. In this case, it may comprise at least 5 siloxane units.
  • the support layer 20 is therefore advantageously obtained after vulcanization of a base formulation comprising an apolar elastomer and a polar elastomer.
  • This basic formulation may further comprise a vulcanizing agent to allow the formation of a three-dimensional network after heating to a temperature greater than or equal to the vulcanization temperature of the constituent elastomer mixture of the formulation.
  • thermally conductive nanomaterials are also incorporated in this basic formulation.
  • the polar elastomer can example be a fluorosilicone.
  • the support layer 20 made from such a mixture of elastomers doped with thermally conductive nanomaterials, advantageously allows to strongly absorb the THz radiation throughout the frequency range from 0.1 to 10 THz.
  • the amount of polar elastomer is between 20 and 40% of the total weight of the base formulation.
  • the thermally conductive nanomaterials incorporated in the support layer 20 not only absorb the energy emitted by the THz radiation, but also diffuse, by thermal conduction, to the surface layer 30, thermal heating ⁇ induced by the absorption of THz radiation.
  • These nanomaterials are for example chosen from at least one of the following nanomaterials: carbon nanotubes, graphenes, fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanowires and / or metal nanoparticles.
  • the thermal conductivity of the support layer 20 must remain as low as possible and preferably less than or equal to 5 Wm -1 K -1 at 25 ° C. Such thermal conductivity is sufficient to be able to diffuse local warming to the surface layer 30 while limiting losses.
  • the addition of the thermally conductive nanomaterials in the elastomer-based support layer 20 must be controlled in order not to increase the thermal conductivity of the layer beyond this threshold value.
  • the weight percentage of thermally conductive nanomaterials in the base formulation of the support layer 20 is between 2 and 5% of the total weight of the formulation.
  • nanomaterials may destroy the matrix based on elastomers and prevent its subsequent vulcanization. at the time of the shaping step.
  • carbon nanotubes are dispersed in such a formulation in proportions of between 2 and 5%, not only good heat conduction performance, but also excellent antistatic performance is obtained.
  • these nanomaterials are particularly compatible with elastomeric materials belonging to the family of silicones.
  • the thickness of this support layer is advantageously adapted to the linear absorption coefficient of its constituent materials. Indeed, if the layer is too thick, the phenomenon of thermal diffusion of local warming to the surface layer 30, to be able to transit the thermochromic pigments of the surface layer, may be too long. This results in response times of the display device which are too long to be compatible with the industrial applications concerned. To obtain a satisfactory response time, typically less than 20s, the thickness of the support layer 20 must be less than 300 ⁇ " ⁇ , and preferably less than 200 ⁇ " ⁇ .
  • each layer 20, 30 is prepared independently and then fixed to each other at the time of a simultaneous forming step and vulcanization, by molding.
  • the basic formulation of the support layer 20 is carried out for example by mixing its constituents in a mixer.
  • the mixer is advantageously thermoregulated and may be a market mixer such as a roller mixer, a paddle mixer, or a rotating bowl mixer, for example.
  • the formulation of the support layer 20 comprises, for example, silicone at 67% of the total weight of the formulation, fluorosilicone at 28.5% of the total weight of the formulation, carbon nanotubes at 3% of the total weight of the formulation and finally an organic peroxide, such as 2,5-dimethyl-2,5di (tert-butylperoxy) hexane for example, to the extent of 1, 5% of the total weight of the formulation.
  • the organic peroxide allows the vulcanization of the elastomers at the time of the shaping step by molding the layers.
  • the base formulation of the surface layer 30 is also made by mixing its various constituents in a thermoregulated mixer.
  • the formulation of the surface layer comprises, for example, silicone at 66% of the total weight of the formulation, fluorosilicone at 28.5% of the total weight of the formulation, a thermochromic pigment chosen from leuco dyes, and having a white / blue transition at a temperature of 27 ° C., manufactured by QCR solutions, 4% of the total weight of the formulation and finally an organic peroxide, such as 2,5-dimethyl-2,5di (tert-butylperoxy) hexane for example, up to 1, 5% of the total weight of the formulation.
  • the organic peroxide allows the vulcanization of the elastomers at the time of the shaping step by molding the layers.
  • Kneading the constituents of each layer is generally thermoregulated around 28 ° C.
  • the heat regulation temperature is preferably lowered below the transition temperature of the pigment.
  • the control temperature of the mixer is for example lowered to around 20 ° C.
  • the device is then shaped by molding. This step makes it possible to vulcanize the two layers simultaneously and to stick them to one another.
  • the two layers are placed in a mold one on the other, then they are heated to a temperature around 170 ° C under a pressure of the order of 10N / mm 2 .
  • the duration of vulcanization of the layers is then of the order of a few minutes, typically less than 10 minutes.
  • the layer stack obtained is adapted to absorb an electromagnetic radiation of terahertz frequency over a wide frequency range from 0.1 to 10 THz, and to induce a local temperature increase which is transferred from the support layer 20. to the surface layer 30 by way of thermal conduction inducing an apparent local color change in a region of said surface layer 30.
  • Figures 2A and 2B illustrate, schematically, a device according to the invention, seen by its surface layer 30, respectively before and during exposure to radiation THz.
  • the device used is consistent with that described in the manufacturing example above. It comprises in particular a thermochromic pigment whose transition temperature is equal to 27 ° C.
  • the device is disposed on the path of a THz radiation emitted by a laser source, for example. Regardless of the face exposed directly to THz radiation, it is absorbed by both layers.
  • the energy absorbed by the support layer 20 causes a heating which is diffused towards the surface layer 30 thanks to the presence of the thermally conductive nanomaterials, and the energy absorbed by the surface layer 30 induces a local heating of this layer which is added to that diffused from the support layer 20.
  • local heating ⁇ is sufficient to pass the thermochromic pigment, that is to say when the transition temperature Tt of the pigment is reached or exceeded, the surface layer 30 changes locally color in the THz radiation exposure zone.
  • the surface of the surface layer 30 Before the emission of THz radiation, the surface of the surface layer 30 is homogeneous and has a uniform color (Figure 2A). At the time of exposure to radiation, the surface layer 30 has a region 31 of different color ( Figure 2B) corresponding to the area exposed to THz radiation.
  • the temperature T of this region 31 of the surface layer 30 is equal to T0 + ⁇ , where T0 represents the ambient temperature and ⁇ represents local warming experienced by the region 31. This temperature T is greater than the transition temperature Tt of the thermochromic pigment incorporated in the surface layer 30.
  • This device is capable of detecting a heating of a few degrees, for example between 2 and 5 ° C, relative to the ambient temperature.
  • the device that has just been described is compact, inexpensive, easy to implement and has a good compromise cost / performance.

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Abstract

L'invention porte sur un dispositif (10) de visualisation d'un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz, caractérisé en ce qu'il comprend : - une première couche support (20) à base d'élastomère et dopée de nanomatériaux thermiquement conducteurs, - une deuxième couche superficielle (30) à base d'élastomère et chargée de particules de pigment thermochrome, ladite couche superficielle (30) et ladite couche support (20) formant un empilement apte à absorber un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz pour induire une augmentation locale de température, empilement dans lequel ladite couche support (20) est apte à transférer ladite augmentation locale de température vers une région (31 ) de ladite couche superficielle (30), par conduction thermique, de manière à entraîner un changement local de couleur apparente dans ladite région (31 ) de ladite couche superficielle (30).

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE VISUALISATION D'UN RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE DE FREQUENCE TERAHERTZ
[Domaine technique!
[0001 ] L'invention concerne le domaine de la détection d'un rayonnement électromagnétique dont la fréquence est dans une gamme de fréquences térahertz.
[0002] Plus particulièrement, l'invention porte sur un dispositif et un procédé de visualisation d'un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz.
[0003] On entend par rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz, noté « rayonnement THz » par la suite, un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est inférieure au millimètre et de préférence supérieure à 30 microns. Le domaine des fréquences térahertz se situe donc entre le domaine optique de l'infrarouge et le domaine des rayonnements radioélectriques micro-ondes.
[Art antérieur]
[0004] Les développements dans le domaine des rayonnements électromagnétiques de fréquence térahertz sont actuellement en plein essor. Ces rayonnements ont la propriété d'être non ionisants et faiblement énergétiques. De nombreux matériaux tels que le bois, le papier, le carton, les plastiques ou les tissus sont transparents aux rayonnements térahertz, tandis que l'eau absorbe fortement dans ce domaine. Ces propriétés laissent présager de nombreuses applications, dans des domaines très variés tels que l'imagerie, ou encore les communications sans fil à très haut débit par exemple.
[0005] Les rayonnements électromagnétiques situés dans le domaine spectral térahertz sont invisibles à l'œil nu, car situés en dehors du spectre visible. Or, il est important de pouvoir détecter et visualiser un tel rayonnement pour pouvoir optimiser le positionnement et/ou l'alignement des faisceaux émis par des sources lasers ou pour visualiser la forme spatiale d'un faisceau laser par exemple. Il existe aujourd'hui différents types de dispositifs de visualisation en fonction du domaine spectral du rayonnement électromagnétique considéré.
[0006] Ainsi, dans le domaine des rayonnements infrarouge par exemple, il existe des dispositifs de visualisation à base de matériaux phosphorescents. De tels dispositifs sont par exemple décrits dans les documents US5772916 et US6340820. Lorsque les composés phosphorescents, contenus dans le dispositif, sont exposés à un rayonnement infrarouge, ils absorbent alors le rayonnement et stockent l'énergie reçue puis réémettent un rayonnement dans le domaine du visible. Cependant, ce type de dispositif apparaît inefficace pour absorber et visualiser un rayonnement infrarouge lointain ou un rayonnement térahertz. [0007] Le document WO2015/1 14278 décrit un autre système de visualisation d'un rayonnement électromagnétique infrarouge comprenant un empilement de plusieurs couches sérigraphiées sur un substrat thermiquement conducteur. Ainsi, le substrat est recouvert d'une première couche de vernis chargé en noir de carbone pour absorber le rayonnement infrarouge, puis une couche de contraste est déposée sur la couche absorbante. Cette couche de contraste est par exemple un vernis blanc opaque, chargé en dioxyde de titane. Enfin, une couche thermosensible de vernis incolore chargé de particules de pigments thermochromes est ensuite déposée sur la couche de contraste. Lorsque ce système est exposé à un rayonnement électromagnétique infrarouge, le rayonnement infrarouge est absorbé par les différentes couches et/ou le substrat et le rayonnement ainsi absorbé provoque une augmentation locale de la température qui est transférée, par conduction thermique, à la couche thermosensible pour induire localement une transition des pigments thermochromes et un changement de couleur apparent. Cependant, ce système de visualisation n'est pas adapté à la visualisation de rayonnements de fréquences térahertz car l'énergie libérée par les rayonnements THz est trop faible pour pouvoir être absorbée correctement par les couches constitutives de ce système de visualisation. L'énergie absorbée est en effet insuffisante pour induire un échauffement local susceptible d'entraîner un changement local de couleur dans la couche thermosensible. Le fait que le substrat soit conducteur thermique contribue à cette inefficacité de détection des fréquences THz puisqu'il a alors tendance à dissiper le peu d'énergie absorbée par les différentes couches.
[0008] Il existe aujourd'hui des détecteurs de rayonnements térahertz, tels que des bolomètres, des détecteurs pyroélectriques ou des détecteurs à base de semi-conducteur par exemple. Les bolomètres sont très sensibles mais ils fonctionnent à très basse température, typiquement inférieure à -269°C, et sont très volumineux. Les détecteurs pyroélectriques sont plus compacts et fonctionnent à température ambiante mais ils ne sont généralement pas suffisamment sensibles aux rayonnements THz. Enfin, les détecteurs à base de semi-conducteurs ne fonctionnent en général que sur des gammes de fréquences réduites et généralement en dessous de 0,1 THz. [0009] Actuellement, de nombreux travaux de recherches sont menés pour améliorer les détecteurs existants et permettre de réaliser des détecteurs peu encombrants, peu coûteux, fonctionnant à température ambiante et capables de détecter, avec une bonne sensibilité, un rayonnement térahertz sur une large gamme de fréquences, typiquement entre 0,1 et 10THz, tout en présentant des temps de réponse satisfaisant pour les applications industrielles visées, typiquement inférieurs ou égaux à 20s.
[0010] Ainsi, le document WO2014/016525 décrit un dispositif de visualisation d'un rayonnement électromagnétique térahertz. Ce dispositif comprend un substrat isolant, sur lequel sont disposés des plots métalliques ; une couche absorbante comprenant du noir de carbone et recouvrant le substrat et les plots métalliques ; une couche de contraste à base de vernis blanc déposée sur la couche absorbante ; puis une couche de matériau comprenant un composé à transition de spin. La transition de spin est associée à une transition du coefficient d'absorption du matériau dans le domaine du visible, lorsque le dispositif est exposé à un rayonnement térahertz avec une densité de puissance supérieure ou égale à un seuil prédéterminé de densité de puissance.
[001 1 ] Cependant, l'empilement de couches décrit dans ce document ne permet pas une absorption suffisante du rayonnement THz pour induire un changement franc et instantané de couleur et donc, une visualisation satisfaisante des rayonnements THz, car le compromis entre l'absorption des rayonnements et la diffusion de réchauffement local par conduction thermique n'est pas optimal. De plus, les composés à transition de spin présentent en général une boucle d'hystérésis relativement large, si bien que la température de transition de retour à un état fondamental de spin peut se situer en dessous de la température ambiante, auquel cas il n'est pas possible de retrouver, de manière simple et rapide, la couleur initiale du dispositif après arrêt de l'exposition aux rayonnements THz. Le retour à la couleur initiale doit alors être réalisé par refroidissement du dispositif de visualisation, ce qui rend son utilisation plus complexe. Pour ces raisons, il est préférable d'éviter l'utilisation des matériaux à transition de spin avec hystérésis. Néanmoins, il est difficile de synthétiser des matériaux avec une transition de spin très abrupte, c'est-à-dire sans hystérésis, et présentant de surcroît une température de transition au voisinage de la température ambiante. Par conséquent, le dispositif décrit dans ce document est relativement difficile à mettre en œuvre et à utiliser.
[0012] La société Nethis commercialise par ailleurs une carte de visualisation, dénommée « TeraCard », qui est adaptée à toutes les sources laser, qu'elles émettent dans l'ultraviolet, le visible, l'infrarouge ou les fréquences téraherz. Pour cela, la carte est basée sur une conversion de photons en rayonnement infrarouge. Cependant, la visualisation ne peut s'effectuer qu'à l'aide d'un imageur thermique, ce qui contribue à augmenter le coût du système de visualisation de manière significative. [0013] Les solutions existantes ne donnent donc pas entière satisfaction. En effet, soit elles ne permettent pas de détecter correctement et donc de visualiser de manière satisfaisante les rayonnements THz, soit elles permettent de détecter des rayonnements THz mais sur des plages restreintes de fréquences. De plus, les dispositifs existants sont généralement trop complexes à mettre en œuvre et/ou trop encombrants et/ou trop coûteux.
[Problème technique!
[0014] L'invention a donc pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. En particulier, l'invention a pour but de proposer un dispositif de visualisation d'un rayonnement électromagnétique de fréquence téraherz qui soit peu coûteux, facile à mettre en œuvre, peu encombrant, fonctionnant sur une large gamme de fréquences tout en présentant des temps de réponses compatibles avec les applications industrielles visées et offrant un bon compromis coût /performance.
[0015] Un autre objet de l'invention se rapporte à un procédé de visualisation d'un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz grâce à un tel dispositif lorsqu'il est exposé audit rayonnement électromagnétique, ledit procédé de visualisation étant simple à mettre en œuvre pour un utilisateur et permettant une visualisation rapide du rayonnement électromagnétique, compatible avec les applications industrielles visées, sur une large gamme de fréquence THz.
[Brève description de l'invention]
[0016] A cet effet, l'invention porte sur un dispositif de visualisation d'un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une première couche support à base d'élastomère et dopée de nanomatériaux thermiquement conducteurs,
- une deuxième couche superficielle à base d'élastomère et chargée de particules de pigment thermochrome,
ladite couche superficielle et ladite couche support formant un empilement apte à absorber un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz pour induire une augmentation locale de température, empilement dans lequel ladite couche support est apte à transférer ladite augmentation locale de température vers une région de ladite couche superficielle, par conduction thermique, de manière à entraîner un changement local de couleur apparente dans ladite région de ladite couche superficielle.
[0017] Ainsi, l'élastomère à base de chacune des couches du dispositif présente la propriété d'être très absorbant vis-à-vis des rayonnements THz. Les nanomatériaux thermo-conducteurs de la couche support permettent, en outre, de diffuser un échauffement local, induit par l'absorption du rayonnement, vers une région de la couche superficielle de sorte que les particules de pigment thermochrome subissant réchauffement local changent localement de couleur dans ladite région de la couche superficielle.
[0018] Selon d'autres caractéristiques optionnelles du dispositif de visualisation :
- chaque couche est obtenue après vulcanisation d'une formulation de base comprenant un mélange de deux matériaux élastomères, l'un des deux étant un élastomère polaire,
les matériaux élastomères de constitution de chaque couche appartiennent à la famille des silicones,
l'élastomère polaire est un silicone fluoré,
- l'élastomère polaire est présent dans la formulation de base de chaque couche avec des teneurs comprises entre 20 et 40% du poids total de la formulation, les particules de pigment thermochrome incorporées dans la couche superficielle sont choisies parmi des leuco-colorants, dont la température de dégradation thermique est supérieure à la température de vulcanisation de l'élastomère de constitution de ladite couche et dont la température de transition d'une première couleur à une deuxième couleur et inversement, est comprise entre ±1 et ±6°C par rapport à la température ambiante,
le pourcentage pondéral de particules de pigment thermochrome dans la formulation de base de la couche superficielle est compris entre 3 et 5% du poids total de la formulation,
la couche support, dopée en nanomatériaux thermiquement conducteurs, présente une conductivité thermique inférieure ou égale à 5 Wm"1K"1 à 25°C, le pourcentage pondéral de nanomatériaux thermiquement conducteurs dans la formulation de base de la couche support est compris entre 2 et 5% du poids total de la formulation,
les nanomatériaux thermiquement conducteurs sont choisis parmi l'un au moins des nanomatériaux suivants : nanotubes de carbones, graphènes, fullerènes, nano-rubans de carbone, nano-fils de carbone et/ou nanoparticules métalliques, - l'épaisseur de chaque couche est inférieure ou égale à 200μη-ι.
[0019] L'invention porte en outre sur un procédé de visualisation d'un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à exposer le dispositif de visualisation, tel que décrit ci-dessus, à un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz, de manière à ce que l'empilement de couches dudit dispositif absorbe ledit rayonnement térahertz pour induire une augmentation locale de température qui est diffusée, par conduction thermique, dans une région de la couche superficielle, entraînant un changement de couleur apparente dans ladite région de la couche superficielle ayant subi l'augmentation locale de température.
[0020] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence aux Figures annexées qui représentent :
• la Figure 1 , un schéma d'un dispositif de visualisation de rayonnements THz selon l'invention, vu en coupe,
• les Figures 2A et 2B, des schémas du dispositif de la Figure 1 , vu de face c'est-à- dire par sa couche de surface thermosensible, respectivement avant et pendant une exposition à un rayonnement THz.
[Description de l'invention] [0021 ] La Figure 1 représente un dispositif 10 de visualisation de rayonnements THz selon l'invention, vu en coupe. Ce dispositif est formé d'un empilement de deux couches 20, 30, une première couche dénommée « couche de surface » 30 et une deuxième couche dite « couche support » 20. La couche de surface 30 est destinée à permettre la visualisation du rayonnement par un changement local de couleur apparente dû à un échauffement local de la couche, tandis que la couche support 20 est destinée à absorber le rayonnement THz et à transférer l'augmentation locale de température induite par cette absorption, vers une région de la couche de surface 30, par conduction thermique. [0022] La couche de surface 30 est à base d'élastomère. A titre d'exemple non limitatif, le matériau élastomère appartient à la famille des silicones, encore dénommés par leur nom chimique « polysiloxanes ». Dans ce cas, il pourra comprendre au moins 5 motifs siloxane. Cependant, pour optimiser l'absorption des rayonnements THz, on préfère utiliser un mélange d'au moins deux, de préférence de deux, élastomères, compatibles entre eux, l'un d'eux possédant des fonctions polaires aptes à absorber les fréquences THz. La couche de surface 30 est donc avantageusement obtenue après vulcanisation d'une formulation de base comprenant un élastomère apolaire et un élastomère polaire. Cette formulation de base peut comprendre en outre un agent de vulcanisation pour permettre la formation d'un réseau tridimensionnel après chauffage à une température supérieure ou égale à la température de vulcanisation du mélange d'élastomères constitutif de la formulation. Enfin, des particules de pigments thermochromes sont incorporées dans cette formulation de base de la couche superficielle 30.
[0023] Ainsi, lorsque l'élastomère apolaire appartient à la famille des silicones, le deuxième élastomère, polaire, peut appartenir à la même famille et être choisi parmi des fluorosilicones par exemple.
[0024] De préférence, la quantité d'élastomère polaire est comprise entre 20 et 40% du poids total de la formulation de base. Une telle proportion permet d'obtenir une absorption correcte du rayonnement THz. Une quantité trop importante d'élastomère polaire, c'est-à- dire une quantité supérieure à 40% du poids total de la formulation, contribuerait d'une part, à dégrader le pigment thermochrome incorporé dans formulation de base de la couche superficielle et d'autre part, à augmenter la viscosité du matériau de manière trop importante pour permettre l'obtention d'un matériau vulcanisé de faible épaisseur, typiquement inférieure ou égale à 200μη"ΐ, au moment de l'étape finale de mise en forme et vulcanisation du matériau. Enfin, la couleur blanc /crème du silicone fluoré serait difficile à couvrir par le pigment thermochrome et pourrait alors entraîner des problèmes de perception de la transition de couleur.
[0025] La viscosité du mélange élastomère doit être telle, qu'elle permet, d'une part, une incorporation homogène du pigment thermochrome dans la formulation élastomère, et d'autre part, l'obtention d'une couche de faible épaisseur après mise en forme et vulcanisation. La viscosité optimum est obtenue pour des proportions en élastomère polaire comprises entre 20 et 40% du poids total de la formulation. [0026] De manière avantageuse, l'épaisseur de la couche superficielle 30 est inférieure ou égale à 200μη"ΐ. En effet, si cette couche est trop épaisse, le phénomène de transition des pigments thermochrome, d'une première couleur A vers une deuxième couleur B, obtenu du fait de réchauffement local de la couche superficielle, risque d'être trop long. On obtient alors des temps de réponse du dispositif de visualisation qui sont trop longs pour être compatibles avec les applications industrielles visées. Pour obtenir un temps de réponse satisfaisant, typiquement inférieur à 20s, l'épaisseur de la couche superficielle 30 est de préférence inférieure ou égale à 200μη-ι.
[0027] La couleur des matériaux élastomères utilisés ne doit pas impacter la visualisation du changement de couleur du pigment. C'est pourquoi, le matériau élastomère prend de préférence la couleur des particules du pigment thermochrome incorporé dans la formulation de base. Ainsi, si le pigment est blanc dans son état initial, c'est-à-dire lorsqu'il n'est pas chauffé au-delà de sa température de transition, la couche superficielle 30 apparaîtra blanche. [0028] Les pigments thermochromes ont la capacité de changer de couleur apparente dans le visible en fonction d'un changement de température, chauffage ou refroidissement. De manière avantageuse, le pigment thermochrome incorporé dans la formulation de base de la couche de surface 30 est choisi parmi des leuco-colorants. Les leuco-colorants, encore dénommés par leur terminologie anglo-saxonne « leuco-dyes », changent de couleur, sous l'action d'un stimulus extérieur, par exemple un échauffement ΔΤ, mais ils ne changent pas de composition. L'action inverse, par exemple un refroidissement, permet à la liaison préalablement brisée sous l'action de la chaleur de se reformer et ainsi, à la molécule de retrouver son état originel et sa couleur initiale. Les leuco-colorants présentent l'avantage d'offrir un changement de couleur abrupte dans un intervalle de température restreint, de l'ordre de 1 ,5°C à 2°C, aux environs de la température de transition. Ils sont donc très réactifs au changement de température et permettent d'atteindre une forte sensibilité.
[0029] Ainsi, le pigment présente une première couleur à la température ambiante T0 et change de coloration dès lors que sa température T = T0 + ΔΤ, est supérieure à sa température de transition Tt. La valeur de réchauffement ΔΤ que doit subir le pigment pour changer de couleur est fixée au moment de la conception du dispositif en fonction de sa température de transition Tt et de la température ambiante T0. La température ambiante est définie comme étant la température d'utilisation du dispositif. Elle est en général comprise entre 20 et 25°C.
[0030] Il existe de nombreux leuco-colorants sur le marché. De manière avantageuse, le pigment thermochrome à incorporer dans la formulation à base d'élastomère(s) est choisi parmi des leuco-colorants dont la température de dégradation thermique est supérieure à la température de vulcanisation de l'élastomère, ou des élastomères, constitutif(s) de la couche superficielle 30.
[0031 ] Le pigment thermochrome se présente en général sous forme solide, plus particulièrement sous forme de poudre. Les proportions en pigment dans la formulation élastomère doivent être suffisantes pour permettre une visualisation correcte du changement de couleur, mais elles ne doivent pas être trop importantes pour ne pas augmenter la viscosité de la formulation qui empêcherait alors l'obtention d'un mélange homogène et qui augmenterait les difficultés d'obtention d'une couche de faible épaisseur lors de l'étape de mise en forme et vulcanisation. [0032] Pour ces raisons, les proportions en pigments thermochromes dans la formulation d'élastomères sont avantageusement comprises entre 3 et 5% du poids total de la formulation de base.
[0033] Plus l'écart entre la température d'utilisation du dispositif, c'est-à-dire la température ambiante T0, et la température de transition Tt du pigment thermochrome est grand, plus la capacité d'absorption du dispositif doit être élevée pour obtenir la commutation du pigment thermochrome. Par conséquent, pour pouvoir visualiser de manière satisfaisante un changement de couleur du pigment thermochrome, la température de transition Tt du pigment est de préférence située dans une gamme de valeurs proche de la température ambiante T0. [0034] De préférence, la température de transition Tt du pigment, choisi pour passer d'une première couleur à une deuxième couleur et inversement, est comprise entre ±1 et ±6°C par rapport à la température ambiante et, de manière plus préférée, elle est comprise entre ±2 et ±5°C par rapport à la température ambiante. De manière encore plus préférée, la température de transition se situe entre +3 et +5°C par rapport à la température ambiante. [0035] La composition chimique de la couche de surface 30 ne permet cependant pas d'absorber les rayonnements THz sur toute la plage de fréquences allant de 0,1 à 10 THz. Pour pouvoir garantir une telle absorption et une telle détection sur l'ensemble de cette plage spectrale, la couche de surface 30 repose sur une couche support 20 dopée avec des matériaux fortement absorbants dans l'ensemble de cette gamme spectrale allant de 0,1 à 10 THz.
[0036] Les matériaux absorbant les THz dans cette gamme spectrale comprennent par exemple des nanomatériaux thermo-conducteurs, aptes à permettre, en outre, la diffusion d'un échauffement local induit par l'absorption du rayonnement, vers une région de la couche superficielle 30 de visualisation. La diffusion de réchauffement local jusque dans la couche superficielle s'ajoute à réchauffement local subi par la couche superficielle elle- même, et permet d'entraîner un changement local de couleur du pigment thermochrome incorporé dans la couche superficielle 30.
[0037] Les nanomatériaux thermo-conducteurs sont avantageusement incorporés dans la formulation de base de la couche support 20. Cette formulation est également à base d'élastomère. Cet élastomère peut être identique ou différent de celui de la couche superficielle 30. Il doit cependant être compatible, afin de permettre la fixation des deux couches l'une sur l'autre, lors de l'étape de mise en forme et vulcanisation des couches, pour former un empilement. [0038] A titre d'exemple non limitatif, l'élastomère appartient à la famille des silicones, encore dénommés par leur nom chimique « polysiloxanes ». Dans ce cas, il pourra comprendre au moins 5 motifs siloxane. Cependant, pour optimiser l'absorption des rayonnements THz, on préfère utiliser, tout comme pour la couche superficielle 30, un mélange de deux élastomères, compatibles entre eux, l'un d'eux possédant des fonctions polaires permettant l'absorption des rayonnements THz.
[0039] La couche support 20 est donc avantageusement obtenue après vulcanisation d'une formulation de base comprenant un élastomère apolaire et un élastomère polaire. Cette formulation de base peut comprendre en outre un agent de vulcanisation pour permettre la formation d'un réseau tridimensionnel après chauffage à une température supérieure ou égale à la température de vulcanisation du mélange d'élastomères constitutif de la formulation. Enfin, les nanomatériaux thermiquement conducteurs sont également incorporés à cette formulation de base. Lorsque les deux matériaux élastomères sont choisis dans la famille des silicones, l'élastomère polaire peut par exemple être un fluorosilicone. La couche support 20, fabriquée à partir d'un tel mélange d'élastomères dopé avec des nanomatériaux thermiquement conducteurs, permet avantageusement d'absorber fortement les rayonnements THz dans l'ensemble de la gamme de fréquences allant de 0,1 à 10 THz. [0040] Plus la couche support 20 est absorbante vis-à-vis des rayonnements THz, plus elle subit une augmentation locale de température qui permet d'entraîner, par conduction thermique, le changement de couleur du pigment de la couche superficielle.
[0041 ] De préférence, la quantité d'élastomère polaire est comprise entre 20 et 40% du poids total de la formulation de base. Une telle proportion permet d'obtenir une absorption correcte du rayonnement THz. Une quantité trop importante d'élastomère polaire, c'est-à- dire une quantité supérieure à 40% du poids total, contribuerait à augmenter la viscosité du matériau de manière trop importante pour permettre l'obtention d'un matériau vulcanisé de faible épaisseur, typiquement inférieure à 300μηι et de préférence inférieure à 200μη-ι, au moment de l'étape finale de mise en forme et vulcanisation du matériau. [0042] Les nanomatériaux thermiquement conducteurs incorporés dans la couche support 20 permettent non seulement d'absorber l'énergie émise par les rayonnements THz, mais aussi de diffuser, par conduction thermique, vers la couche de surface 30, réchauffement thermique ΔΤ induit par l'absorption des rayonnements THz. Ces nanomatériaux sont par exemple choisis parmi l'un au moins des nanomatériaux suivants : nanotubes de carbones, graphènes, fullerènes, nano-rubans de carbone, nano-fils de carbone et/ou nanoparticules métalliques.
[0043] De manière avantageuse, pour que l'énergie du rayonnement térahertz absorbée reste localisée dans la couche support 20 et ne subisse pas de déperdition par les bords ou une face externe du dispositif 10, la conductivité thermique de la couche support 20 doit rester aussi faible que possible et de préférence inférieure ou égale à 5 Wm"1K"1 à 25°C. Une telle conductivité thermique est suffisante pour pouvoir diffuser réchauffement local vers la couche de surface 30 tout en limitant les déperditions.
[0044] Par conséquent, l'ajout des nanomatériaux thermiquement conducteurs dans la couche support 20 à base d'élastomères doit être contrôlé afin de ne pas augmenter la conductivité thermique de la couche au-delà de cette valeur seuil. De manière avantageuse, le pourcentage pondéral de nanomatériaux thermiquement conducteurs dans la formulation de base de la couche support 20 est compris entre 2 et 5% du poids total de la formulation.
[0045] Au-delà de 5% en poids de nanomatériaux, non seulement la conductivité thermique de la couche support 20 devient trop importante mais en plus, les nanomatériaux risquent de détruire la matrice à base d'élastomères et d'empêcher sa vulcanisation ultérieure au moment de l'étape de mise en forme.
[0046] Lorsque des nanotubes de carbone sont dispersés dans une telle formulation dans des proportions comprises entre 2 et 5%, on obtient non seulement de bonnes performances de conduction thermique, mais également d'excellentes performances antistatiques. De plus, ces nanomatériaux sont particulièrement compatibles avec les matériaux élastomères appartenant à la famille des silicones.
[0047] Enfin, pour pouvoir optimiser l'augmentation locale de température induite par l'énergie THz absorbée dans la couche support 20, l'épaisseur de cette couche support est avantageusement adaptée au coefficient d'absorption linéique de ses matériaux de constitution. En effet, si la couche est trop épaisse, le phénomène de diffusion thermique de réchauffement local vers la couche superficielle 30, pour pouvoir faire transiter les pigments thermochromes de la couche superficielle, risque d'être trop long. On obtient alors des temps de réponse du dispositif de visualisation qui sont trop longs pour être compatibles avec les applications industrielles visées. Pour obtenir un temps de réponse satisfaisant, typiquement inférieur à 20s, l'épaisseur de la couche support 20 doit être inférieure à 300μη"ΐ, et de préférence inférieure à 200μη"ΐ.
[0048] A titre d'exemple illustratif, mais non limitatif, un exemple de procédé de fabrication d'un tel dispositif de visualisation d'un rayonnement térahertz est décrit ci- après. Pour fabriquer un tel dispositif, chaque couche 20, 30 est préparée indépendamment puis fixée l'une à l'autre au moment d'une étape simultanée de mise en forme et vulcanisation, par moulage.
[0049] La formulation de base de la couche support 20 est réalisée par exemple par malaxage de ses constituants dans un mélangeur. Le mélangeur est avantageusement thermo-régulé et peut être un mélangeur du marché tel qu'un mélangeur à cylindres, un mélangeur à pales, ou un mélangeur à cuve tournante par exemple. [0050] La formulation de la couche support 20 comprend par exemple du silicone à hauteur de 67% du poids total de la formulation, du fluorosilicone à hauteur de 28,5% du poids total de la formulation, des nanotubes de carbone à hauteur de 3% du poids total de la formulation et enfin un peroxyde organique, tel que le 2,5-diméthyl-2,5di(ter- butylperoxy)hexane par exemple, à hauteur de 1 ,5% du poids total de la formulation. Le peroxyde organique permet la vulcanisation des élastomères au moment de l'étape de mise en forme par moulage des couches.
[0051 ] La formulation de base de la couche superficielle 30 est également réalisée par malaxage de ses différents constituants dans un mélangeur thermo-régulé. La formulation de la couche superficielle comprend par exemple du silicone à hauteur de 66% du poids total de la formulation, du fluorosilicone à hauteur de 28,5% du poids total de la formulation, un pigment thermochrome choisi parmi des leuco-colorants, et présentant une transition blanc/bleu à une température de 27°C, fabriqué par la société QCR solutions, à hauteur de 4% du poids total de la formulation et enfin un peroxyde organique, tel que le 2,5-diméthyl-2,5di(ter-butylperoxy)hexane par exemple, à hauteur de 1 ,5% du poids total de la formulation. Le peroxyde organique permet la vulcanisation des élastomères au moment de l'étape de mise en forme par moulage des couches.
[0052] Le malaxage des constituants de chaque couche est généralement thermo-régulé autour de 28°C. Lorsque le pigment thermochrome est incorporé dans la formulation de la couche superficielle, la température de thermo-régulation est de préférence abaissée en dessous de la température de transition du pigment. Dans cet exemple, la température de régulation du mélangeur est par exemple abaissée autour de 20°C.
[0053] Le dispositif est ensuite mis en forme par moulage. Cette étape permet de vulcaniser les deux couches simultanément et de les coller l'une à l'autre. Les deux couches sont mises en place dans un moule l'une sur l'autre, puis elles sont chauffées à une température autour de 170°C sous une pression de l'ordre de 10N/mm2. La durée de vulcanisation des couches est alors de l'ordre de quelques minutes, typiquement inférieure à 10 minutes.
[0054] L'empilement de couches obtenu est adapté pour absorber un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz, sur une large gamme de fréquences allant de 0,1 à 10THz, et pour induire une augmentation locale de température qui est transférée de la couche support 20 vers la couche superficielle 30 par conduction thermique de manière à induire un changement local de couleur apparente dans une région de ladite couche superficielle 30.
[0055] Les Figures 2A et 2B illustrent, de manière schématique, un dispositif selon l'invention, vu par sa couche superficielle 30, respectivement avant et pendant une exposition à un rayonnement THz.
[0056] Le dispositif utilisé est conforme à celui qui a été décrit dans l'exemple de fabrication ci-dessus. Il comprend notamment un pigment thermochrome dont la température de transition est égale à 27°C. Le dispositif est disposé sur la trajectoire d'un rayonnement THz émis par une source laser par exemple. Peu importe la face exposée directement au rayonnement THz, celui-ci est absorbé par les deux couches. L'énergie absorbée par la couche support 20 entraine un échauffement qui est diffusé vers la couche superficielle 30 grâce à la présence des nanomatériaux thermiquement conducteurs, et l'énergie absorbée par la couche superficielle 30 induit un échauffement local de cette couche qui s'ajoute à celui diffusé depuis la couche support 20. Lorsque réchauffement local ΔΤ est suffisant pour faire transiter le pigment thermochrome, c'est-à- dire lorsque la température de transition Tt du pigment est atteinte ou dépassée, la couche superficielle 30 change localement de couleur dans la zone d'exposition au rayonnement THz.
[0057] Avant l'émission du rayonnement THz, la surface de la couche superficielle 30 est donc homogène et présente une couleur uniforme (Figure 2A). Au moment de l'exposition au rayonnement, la couche superficielle 30 présente une région 31 de couleur différente (Figure 2B) correspondant à la zone exposée au rayonnement THz. La température T de cette région 31 de la couche superficielle 30 est égale à T0 + ΔΤ, où T0 représente la température ambiante et ΔΤ représente réchauffement local subit par la région 31. Cette température T est supérieure à la température de transition Tt du pigment thermochrome incorporé dans la couche superficielle 30. Ce dispositif est capable de détecter un échauffement de quelques degrés, par exemple compris entre 2 et 5°C, par rapport à la température ambiante.
[0058] Le dispositif qui vient d'être décrit est compact, peu coûteux, facile à mettre en œuvre et présente un bon compromis coût/performance.

Claims

Revendications
Dispositif (10) de visualisation d'un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une première couche support (20) à base d'élastomère, apte à absorber ledit rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz, et dopée de nanomatériaux thermiquement conducteurs aptes d'une part, à absorber ledit rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz et d'autre part, à permettre la diffusion d'un échauffement local, induit par l'absorption dudit rayonnement, vers une deuxième couche superficielle,
- ladite deuxième couche superficielle (30) à base d'élastomère et chargée de particules de pigment thermochrome,
ladite couche superficielle (30) et ladite couche support (20) formant un empilement apte à absorber un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz pour induire une augmentation locale de température, empilement dans lequel ladite couche support (20) est apte à transférer ladite augmentation locale de température vers une région (31 ) de ladite couche superficielle (30), par conduction thermique, de manière à entraîner un changement local de couleur apparente dans ladite région (31 ) de ladite couche superficielle (30).
Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque couche (20, 30) est obtenue après vulcanisation d'une formulation de base comprenant un mélange de deux matériaux élastomères, l'un des deux étant un élastomère polaire.
Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les matériaux élastomères de constitution de chaque couche appartiennent à la famille des silicones.
Dispositif selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que l'élastomère polaire est un silicone fluoré.
Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'élastomère polaire est présent dans la formulation de base de chaque couche avec des teneurs comprises entre 20 et 40% du poids total de la formulation.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les particules de pigment thermochrome incorporées dans la couche superficielle (30) sont choisies parmi des leuco-colorants, dont la température de dégradation thermique est supérieure à la température de vulcanisation de l'élastomère de constitution de ladite couche superficielle (30) et dont la température de transition (Tt) d'une première couleur à une deuxième couleur et inversement, est comprise entre ±1 et ±6°C par rapport à la température ambiante (T0). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le pourcentage pondéral de particules de pigment thermochrome dans la formulation de base de la couche superficielle (30) est compris entre 3 et 5% du poids total de la formulation.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pourcentage pondéral de nanomatériaux thermiquement conducteurs dans la formulation de base de la couche support (20) est compris entre 2 et 5% du poids total de la formulation.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les nanomatériaux thermiquement conducteurs sont choisis parmi l'un au moins des nanomatériaux suivants : nanotubes de carbones, graphènes, fullerènes, nano- rubans de carbone, nano-fils de carbone et/ou nanoparticules métalliques.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque couche (20, 30) est inférieure ou égale à 200μη-ι.
1 1 . Procédé de visualisation d'un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à exposer le dispositif (10) de visualisation selon l'une des revendications 1 à 10 à un rayonnement électromagnétique de fréquence térahertz, de manière à ce que l'empilement de couches (20, 30) dudit dispositif (10) absorbe ledit rayonnement térahertz pour induire une augmentation locale de température (ΔΤ) qui est diffusée, par conduction thermique, dans une région (31 ) de la couche superficielle (30), entraînant un changement de couleur apparente dans ladite région (31 ) de la couche superficielle (30) ayant subi l'augmentation locale de température.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5772916A (en) 1996-10-15 1998-06-30 Liberty Technologies, Inc. Phosphor screen, method of producing the same, and method for preparing a phosphor powder for producing a phosphor screen
US6340820B1 (en) 1999-02-04 2002-01-22 New Focus Near-visible light detection method and apparatus
WO2008144541A1 (fr) * 2007-05-17 2008-11-27 Nanodynamics, Inc. Compositions et dispositifs pour indication de dosage uv
WO2014016525A1 (fr) 2012-07-26 2014-01-30 Universite De Bordeaux 1 Procédé et dispositif de visualisation d'un rayonnement électromagnétique térahertz
WO2015114278A1 (fr) 2014-02-03 2015-08-06 Universite de Bordeaux Procédé et système de visualisation d'un rayonnement électromagnétique infrarouge émis par une source

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5772916A (en) 1996-10-15 1998-06-30 Liberty Technologies, Inc. Phosphor screen, method of producing the same, and method for preparing a phosphor powder for producing a phosphor screen
US6340820B1 (en) 1999-02-04 2002-01-22 New Focus Near-visible light detection method and apparatus
WO2008144541A1 (fr) * 2007-05-17 2008-11-27 Nanodynamics, Inc. Compositions et dispositifs pour indication de dosage uv
WO2014016525A1 (fr) 2012-07-26 2014-01-30 Universite De Bordeaux 1 Procédé et dispositif de visualisation d'un rayonnement électromagnétique térahertz
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