Des chercheurs de la TU Delft aux Pays-Bas, en collaboration avec une équipe de l'Université de Cambridge (Royaume-Uni), ont trouvé un moyen de créer et de nettoyer de minuscules capteurs mécaniques de manière évolutive. Ils ont créé ces capteurs en suspendant une feuille bidimensionnelle de nitrure de bore hexagonal (h-BN), ou « graphène blanc » sur de petits trous dans un substrat de silicium. Cette innovation pourrait conduire à des capteurs de gaz et de pression extrêmement petits pour l'électronique future.

Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est un matériau intéressant avec une structure de réseau en nid d'abeille similaire à celle du graphite. Mais tandis que le graphite conduit l'électricité, tandis que h-BN agit comme un isolant. Cette propriété rend le h-BN populaire en tant que lubrifiant haut de gamme, en particulier dans les applications industrielles où la conductivité électrique est indésirable. Étant donné que le h-BN a l'avantage supplémentaire d'être chimiquement et thermiquement plus stable que le graphite, il est également utilisé dans des environnements difficiles tels que l'espace, par exemple, dans les applications ultraviolettes profondes.

Des trucs collants

Alors que les couches du graphène matériel bidimensionnel peuvent être exfoliées du graphite avec du ruban adhésif, créer des couches simples de h-BN est beaucoup plus difficile. La raison en est que les couches qui composent le h-BN « adhèrent » les unes aux autres – et à d'autres matériaux – beaucoup plus fortement que les couches de graphène. Ainsi, jusqu'à présent, peu de chercheurs ont pu étudier les propriétés du h-BN en tant que matériau 2D. "Il n'y a que deux ou trois institutions dans le monde qui peuvent produire des singles, couches bidimensionnelles de graphite blanc, et l'Université de Cambridge en fait partie, " a déclaré l'auteur principal Santiago J. Cartamil-Bueno. " Ce projet est un succès grâce à notre collaboration efficace avec eux. "

En utilisant une technique appelée dépôt chimique en phase vapeur, des chercheurs de l'Université de Cambridge ont cultivé une feuille de h-BN d'une épaisseur d'un atome, ou 'graphène blanc, " sur un morceau de feuille de fer. Ils l'ont ensuite posté à TU Delft aux Pays-Bas. Là, par une série d'étapes, les chercheurs de Delft ont transféré la feuille de graphène blanc transparent sur un substrat de silicium contenant de minuscules cavités circulaires. En faisant cela, ils ont créé des « tambours » microscopiques. Ces tambours fonctionnent comme des résonateurs mécaniques et pourraient être utilisés comme des capteurs de gaz ou de pression infinitésimaux, par exemple dans les téléphones portables.

Nettoyage des tambours

Alors que la création des tambours h-BN était un défi important en soi, ce projet en posait un autre, défi encore plus grand. En raison des étapes nécessaires pour transférer la feuille monoatomique sur le substrat de silicium, les fûts étaient contaminés par un certain nombre de polymères. De telles contaminations courantes sont indésirables car elles modifient les propriétés des capteurs. Le résultat est que tous les capteurs peuvent se comporter légèrement différemment. "Afin de surpasser les capteurs normaux du marché, cependant, il est important que tous les capteurs 2D se comportent exactement de la même manière, " explique Cartamil-Bueno.

Les chercheurs de Delft ont trouvé une solution :en utilisant de l'ozone, ils ont réussi à nettoyer les tambours. Le gaz agressif a éliminé tous les polymères organiques. Cependant, traces de PMMA, un polymère avec des composants inorganiques, ont été laissés sur les résonateurs. "Heureusement, ce problème peut être résolu en n'utilisant que des substrats organiques tout en reportant la feuille de graphite blanc sur les cavités, " dit Cartamil-Bueno. Ainsi, les chercheurs de Delft ont fourni une preuve de principe pour la fabrication de capteurs incroyablement petits pour l'électronique future.