Montréal, le 9 mai, 2017 - Pour beaucoup d’entre nous, l’oxyde de zinc évoque des images de sauveteurs, écrans solaires sur le nez. Pour d’autres, comme certains chercheurs de la Faculté des arts et des sciences de l’Université Concordia, il s’agit d’une substance passionnante aux propriétés optiques et électriques fort intéressantes.
Pour réaliser une étude récemment publiée dans la revue Materials and Design, quatre chercheurs de Concordia – Amir Hassanpour et Pablo Bianucci, physiciens, ainsi que Nicoleta Bogdan et John Capobianco, chimistes – ont travaillé de concert afin d’étudier plus en détail cette substance courante aux multiples applications.
Dans le cadre de leurs recherches, ils ont élaboré un procédé peu coûteux pour produire de l’oxyde de zinc selon une méthode susceptible de mener un jour à la création de nouveaux modèles de cellule photovoltaïque.
« L’oxyde de zinc est le principal ingrédient d’un grand nombre de crèmes contre l’érythème fessier, et cette substance entre aussi généralement dans la composition des écrans solaires », explique Pablo Bianucci, professeur adjoint au Département de physique de Concordia et auteur en chef de l’étude.
« C’est également un composé bon marché, biocompatible et facile à produire. »
À l’échelle microscopique, l’oxyde de zinc se présente en général sous la forme de microparticules et de nanoparticules très pratiques quand cette substance entre dans la fabrication de crèmes pour la peau. Dans le domaine de l’électricité, il peut prendre la forme d’une dense forêt d’« arbres » microscopiques appelés nanobâtonnets. Enfin, l’oxyde de zinc peut également être utilisé dans des appareils comme les capteurs de gaz, quand les nanobâtonnets sont disposés selon des motifs particuliers. D’ordinaire, la production de ces motifs se révèle compliquée et coûteuse. Mais cela pourrait changer grâce au nouveau procédé élaboré par l’équipe de chercheurs de Concordia.
« Il est facile de faire en sorte que l’oxyde de zinc se présente sous la forme d’une forêt de nanobâtonnets qui ont un diamètre 100 à 1 000 fois plus petit qu’un cheveu et sont placés aléatoirement, explique Pablo Bianucci. En revanche, c’est plus compliqué de placer précisément les nanobâtonnets pour obtenir les motifs indispensables à la création d’éléments complexes comme les capteurs de gaz.
« Si nous étions en mesure de donner aux nanobâtonnets une forme particulière et de les placer selon un motif particulier, nous pourrions créer des cristaux photoniques, c’est-à-dire des structures spéciales qui stockent la lumière. Cela permettrait l’élaboration de lasers à rayonnement ultraviolet efficaces ou de capteurs de gaz optiques qui changeraient de couleur en présence d’un certain gaz. »
L’équipe de chercheurs a mis au point une méthode permettant de fabriquer de très petits nanobâtonnets qui ont un diamètre inférieur à 100 nm et peuvent être espacés avec précision les uns des autres d’environ 500 nm.
« Nos travaux prouvent que la qualité matérielle de ces nanobâtonnets est identique à celle des nanobâtonnets des forêts denses », affirme Amir Hassanpour, doctorant en physique et auteur principal de l’étude. « Qui plus est, nous pouvons réutiliser ce procédé avec des matériaux peu coûteux comme le verre. »
Cela montre que, placés dans une position prédéterminée, les nanobâtonnets ont les mêmes propriétés que ceux qui sont disposés aléatoirement, ce qui permet aux chercheurs d’agencer les nanobâtonnets selon des motifs spécifiques à l’utilisation à laquelle l’oxyde de zinc est destiné. La méthode pourrait réduire considérablement le coût de fabrication de certains appareils de pointe. Dès lors, il serait possible de fabriquer à prix abordable de petits capteurs de gaz plus précis que les capteurs de gaz classiques.
Le doctorant en physique espère qu’un jour, après avoir été amélioré, ce procédé servira à fabriquer des lasers consommant très peu d’électricité et, peut-être même, à concevoir de nouveaux modèles de piles photovoltaïques.
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