(Phys.org) —Airbags, les imprimantes à jet d'encre et les vidéoprojecteurs peuvent sembler ne pas avoir grand-chose en commun, mais tous les trois reposent sur l'action de minuscules, appareils microscopiques afin de fonctionner correctement.

Ces appareils, appelés systèmes microélectromécaniques (MEMS), intéressent de plus en plus les chercheurs en raison de leur large éventail d'applications, des microphones aux biocapteurs.

La plupart des MEMS de la génération actuelle sont principalement constitués de silicium, ce qui est dû en grande partie à la relative facilité de fabrication de dispositifs à base de silicium avec la technologie actuelle. Cependant, Les MEMS à base de silicium présentent quelques inconvénients importants :ils s'usent très rapidement en raison de la friction et ils ne sont pas biocompatibles, ce qui empêche d'éventuelles applications médicales futures dans le corps humain.

Des chercheurs du Center for Nanoscale Materials du Argonne National Laboratory du département de l'Énergie des États-Unis et une poignée d'autres institutions dans le monde se sont concentrés sur l'exploration des MEMS constitués d'un matériau relativement nouveau connu sous le nom de diamant ultrananocristallin (UNCD), qui sont des films minces de diamant lisses et résistants à l'usure.

"Des MEMS robustes et fiables sont nécessaires pour les actions de glissement et de rotation à petite échelle, " Anirudha Sumant, nanoscientifique d'Argonne, a déclaré. " Le silicium n'a pas des propriétés mécaniques ou d'usure aussi bonnes que le diamant. "

Mais la difficulté relative d'essayer de façonner un dispositif MEMS à partir de l'UNCD complique les choses. Les MEMS doivent être fabriqués avec une extrême précision, et leurs composants ne peuvent pas se déplacer.

Le but de l'expérience était de rendre la partie d'un dispositif MEMS connue sous le nom d'actionneur, qui dans ce cas convertit l'énergie thermique en déplacement ou mouvement mécanique. L'actionneur ressemble à une toile de fils diamantés qui se dilate et se contracte comme un soufflet lorsqu'il est chauffé et refroidi. Cette nappe de filaments de diamant est attachée à une longue tige, qui peut alors à son tour être attaché à un système de micro-engrenage pour fournir un mouvement de rotation.

Malheureusement, le matériau diamant est assailli par des contraintes que les scientifiques doivent trouver des moyens de contourner. Le matériau est particulièrement connu pour ce que Sumant appelle "la contrainte de compression, " un phénomène qui se produit parce que le réseau atomique du diamant ne se dilate pas beaucoup pendant la phase chaude lorsque le film est déposé sur un autre matériau. " La principale question que nous essayons de résoudre est de savoir comment réduire la contrainte intrinsèque dans ce film, " dit Sumant.

Heureusement, plusieurs des propriétés du film UNCD aident à soulager le stress. UNCD se compose de minuscules grains de diamant reliés par des joints de grains. « Vous pouvez considérer ces joints de grains comme un filet de badminton ; ils sont flexibles au lieu de rigides, ce qui est bon pour faire face au stress, " Sumant a dit. " Il y a aussi une taille de grain uniforme de bas en haut, ce qui est important pour maintenir le niveau de stress bas."

Les chercheurs ont pu ajuster la contrainte intrinsèque en optimisant les matériaux aux joints de grains et l'épaisseur des films.

"Cela ouvre vraiment la porte à l'utilisation du diamant pour la fabrication de dispositifs MEMS avancés, " dit Sumant.

Une étude basée sur la recherche, "Diamant ultrananocristallin à conduction électrique pour le développement d'une prochaine génération de micro-actionneurs, " paru dans le numéro du 2 mai de Capteurs et actionneurs A :physiques .