Miniaturisation à l'échelle nanométrique des détecteurs de gaz
La capacité à détecter des traces de gaz toxiques ou explosifs est d'une importance vitale, pour la sécurité au travail mais aussi pour la sécurité nationale face au risque d'actions terroristes. Les détecteurs de gaz à base de semi-conducteurs métal-oxyde (MOX) ont récemment soulevé un grand intérêt au vu de leur sensibilité et de leur stabilité. Ils utilisent un film de MOX dont les propriétés électriques changent en présence de certaines molécules. Lorsque le détecteur est fait de matériaux nanostructurés tels que des nanofils de semi-conducteurs MOX, sa taille et sa consommation d'énergie sont considérablement réduites. Des scientifiques ont lancé le projet S3 financé par l'UE pour mettre au point une nouvelle génération de nanodétecteurs économiques à base de MOX. Ils permettront de détecter des gaz toxiques ou explosifs avec davantage de sélectivité, de sensibilité et de stabilité (les 3 «S»), outre leur miniaturisation et leur autonomie énergétique. Les chercheurs visent le dioxyde d'azote (NO2) et le trinitrotoluène (TNT) pour la détection d'explosifs, et l'ammoniac (NH3) et l'hydrogène sulfuré (H2S) pour la surveillance de la toxicité dans l'environnement et au travail. La conception innovante permet d'utiliser une même couche détectrice pour acquérir plusieurs signaux, constitués de la réponse résistive, de l'ionisation de surface et de la conductivité thermique catalytique. Pour réduire la taille et la consommation d'énergie, les chercheurs étudient des substrats de chauffage en couche mince de céramiques, l'utilisation de détecteurs de gaz à un seul nanofil (consommation de l'ordre du microwatt), et un nouveau type de système micro-électromécanique basé sur des couches minces d'alumine. Les nouveaux systèmes et matériaux sensibles nanométriques développés pour le projet montrent des réponses claires en matière de résistivité et d'ionisation de surface. En outre, le développement de simulations théoriques et d'outils de nanométrologie aide à sélectionner les matériaux et à optimiser le comportement de détection. Les scientifiques ont également fabriqué un système pour la vaporisation des cibles non gazeuses comme des résidus de particules explosives ou des drogues interdites. Le projet S3 met au point des détecteurs multifonctionnels pour des substances toxiques, explosives ou interdites. Leur miniaturisation à l'aide de structures nanométriques diminue notablement la consommation d'énergie, laquelle était un facteur limitant des réseaux de détecteurs autonomes fonctionnant sur une longue période. Des appareils plus petits et plus économes en énergie, mais aussi plus sélectifs, sensibles et stables, trouveront certainement et rapidement une place sur le marché mondial de la détection.
