La détection du monoxyde de carbone (CO) dans l'air est un enjeu vital, car le CO est un gaz toxique et un polluant environnemental. Le CO provient généralement de la combustion incomplète de carburants à base de carbone, comme le gaz de cuisine et l'essence; il n'a pas d'odeur, goût, ou la couleur et il est donc difficile à détecter. Les scientifiques ont étudié des capteurs qui peuvent déterminer la concentration de CO, et une équipe de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), en partenariat avec l'Université de Toulouse, a trouvé une méthode innovante pour construire de tels capteurs.

En tant qu'outil de détection de CO, les scientifiques utilisent des fils extrêmement petits :des nanofils d'oxyde de cuivre. Les nanofils d'oxyde de cuivre réagissent chimiquement avec le CO, créant un signal électrique qui peut être utilisé pour quantifier la concentration de CO. Ces nanofils sont si fins qu'il est possible d'en adapter plus de 1 000 dans l'épaisseur moyenne d'un cheveu humain.

Deux problèmes ont entravé l'utilisation des nanofils. "Le premier problème est l'intégration des nanofils dans des dispositifs suffisamment gros pour être manipulés et qui peuvent aussi être facilement produits en masse, " a déclaré le professeur Mukhles Sowwan, directeur de l'Unité Nanoparticules par conception à l'OIST. "Le deuxième problème est la capacité de contrôler le nombre et la position des nanofils dans de tels dispositifs." Ces deux difficultés auraient pu être résolues par le Dr Stephan Steinhauer, chercheur postdoctoral à l'OIST, avec le professeur Sowwan, et des chercheurs de l'Université de Toulouse. Ils ont récemment publié leurs recherches dans la revue ACS Sensors.

"Pour créer des nanofils d'oxyde de cuivre, il faut chauffer les microstructures de cuivre voisines. A partir des microstructures, les nanofils grandissent et comblent le fossé entre les microstructures, former une connexion électrique entre eux, " explique le Dr Steinhauer. " Nous avons intégré des microstructures de cuivre sur une microplaque chauffante, développé par l'Université de Toulouse. Une micro-plaque chauffante est une fine membrane qui peut chauffer jusqu'à plusieurs centaines de degrés Celsius, mais avec une très faible consommation électrique." Grâce à la micro-plaque chauffante, les chercheurs ont un haut degré de contrôle sur la quantité et la position des nanofils. Aussi, la microplaque chauffante fournit aux scientifiques des données sur le signal électrique qui traverse les nanofils.

Le résultat final est un appareil exceptionnellement sensible, capable de détecter de très faibles concentrations de CO. « Potentiellement, les capteurs de CO miniaturisés qui intègrent des nanofils d'oxyde de cuivre avec des microplaques chauffantes sont la première étape vers la prochaine génération de capteurs de gaz, " a commenté le professeur Sowwan. " Contrairement à d'autres techniques, notre approche est rentable et adaptée à la production de masse."

Cette nouvelle méthode pourrait également aider les scientifiques à mieux comprendre la durée de vie des capteurs. Les performances d'un capteur diminuent avec le temps, et c'est un problème majeur dans la détection de gaz. Les données obtenues avec cette méthode pourraient aider les scientifiques à comprendre les mécanismes derrière un tel phénomène, en leur fournissant des informations qui commencent au tout début de la durée de vie du capteur. Traditionnellement, les chercheurs cultivent d'abord les nanofils, puis connecter les nanofils à un appareil, et enfin commencer à mesurer la concentration en CO. "Notre méthode permet de faire croître les nanofils en atmosphère contrôlée, où vous pouvez immédiatement effectuer des mesures de détection de gaz, " a noté le Dr Steinhauer. " Fondamentalement, vous arrêtez de grandir et commencez à mesurer, tous au même endroit."