Capteurs miniaturisés grâce à l’impression 3D

Les dispositifs micro-électro-mécaniques (MEMS) sont basés sur l’intégration de composants mécaniques et électriques à l’échelle micrométrique. Nous l’utilisons tous en continu dans notre vie quotidienne : par exemple dans notre téléphone portable, il y a au moins une douzaine de MEMS qui régulent différentes activités allant de la surveillance des mouvements, de la position et de l’inclinaison du téléphone, des filtres actifs pour les différentes bandes de transmission et le microphone lui-même.

La miniaturisation extrême à l’échelle nanométrique de ces dispositifs (NEMS) est encore plus intéressante, car elle offre la possibilité de créer des capteurs inertiels, de masse et de force avec une sensibilité telle qu’ils peuvent interagir avec des molécules uniques, écrit Politecnico di Torino dans un communiqué de presse.

Cependant, la diffusion des capteurs NEMS est encore limitée par le coût de fabrication élevé des technologies traditionnelles à base de silicium. A l’inverse, de nouvelles technologies telles que l’impression 3D ont montré que des structures similaires peuvent être créées à faible coût et avec des fonctionnalités intrinsèques intéressantes, mais à ce jour les performances en tant que capteurs de masse sont médiocres.

Un processus plus simple pour créer des capteurs

Les différents nanodispositifs (membranes, cantilever, ponts) ont été obtenus par polymérisation à deux photons sur de nouvelles compositions liquides, suivie d’un processus thermique qui élimine le contenu organique, laissant une structure céramique à haute rigidité et à faible dissipation interne. Les échantillons ainsi obtenus sont ensuite caractérisés par vibrométrie Laser Doppler.

Voici ce qu’est l’impression 3D en anglais :

La capacité de fabriquer des dispositifs complexes et miniatures qui ont des performances similaires à celles du silicium. Le travail a été développé dans le cadre des projets de recherche PRIN 2017- Prot.20172TZHYX, financés par le ministère de l’Education (MUR) et H2020 FET Open « Boheme », financé par l’Union européenne et par le ministère israélien de la Science et de la Technologie.

Le potentiel de cette technologie

L’article « Reaching silicon-based NEMS performances with 3D printer nanomechanical resonators » publié dans la prestigieuse revue Nature Communications montre comment il est possible d’obtenir des nanorésonateurs mécaniques à partir de l’impression 3D avec des valeurs de mérite telles que le facteur de qualité, la stabilité publiée, la sensibilité de masse et la résistance,  comparables à celles des résonateurs au silicium.

La recherche est le résultat de la collaboration entre le Politecnico di Torino, grâce à l’activité de recherche de Stefano Stassi et Carlo Ricciardi du Département des sciences appliquées et de la technologie-DISAT avec Mauro Tortello et Fabrizio Pirri (groupes NAMES et MPNMT), et l’Université hébraïque de Jérusalem, avec les recherches d’Ido Cooperstein et Shlomo Magdassi.