Utiliser le graphène pour des accéléromètres à effet tunnel sans défaut

Les accéléromètres sont utilisés dans de nombreuses applications, des systèmes de navigation des aéronefs aux détecteurs de mouvement présents dans les voitures, en passant par les dispositifs électroniques portables. Mais les applications les plus exigeantes nécessitent des accéléromètres à haute résolution qui sont très grands et très chers à produire.

Recourir à des accéléromètres à effet tunnel pour ces applications qui comprennent des mesures de microgravité, des mesures acoustiques et la sismologie, semblerait logique. Bien en avance sur leurs homologues conventionnels, ils peuvent être produits à un coût bien moindre tout en apportant une précision inégalée. Pourtant, leur commercialisation est toujours entravée par un processus de fabrication complexe et une instabilité à long terme.

S’engager dans le projet GRATA (Graphene Tunneling Accelerometer) qui développe le premier concept déjà breveté d’accéléromètre à effet tunnel à base de graphène de son genre. Ses avantages techniques, parmi lesquels sa plus petite taille, sa bande passante plus large, son mode de fabrication plus simple et sa stabilité naturelle, font déjà tourner les têtes dans l’industrie. Entre autres choses, il faciliterait la production de capteurs de haute technologie à base de graphène.

Le professeur Dr Pertti Hakonen, qui est en charge du projet, aborde son concept d’accéléromètre à effet tunnel, son processus de développement et ses perspectives de commercialisation.

À quelles lacunes des accéléromètres à effet tunnel souhaitiez-vous remédier avec ce projet?

Le manque de stabilité à long terme des capteurs à effet tunnel à base de silicium et à revêtement métallique est la principale lacune que nous avons essayé de combler. La sensibilité et la largeur de bande seront également améliorées.

Selon vous, pourquoi le graphène peut être une solution appropriée pour parvenir à cet objectif?

Le graphène est connu pour ses propriétés mécaniques supérieures (cristal de carbone léger, solide et robuste) et sa bonne conductivité électrique (pas besoin de revêtement métallique). Nous avons acquis de l’expérience dans le traitement de détails tels que la tension dans les structures MEMS à base de graphène. La nature du matériau et notre savoir-faire font de l’accéléromètre en graphène une solution potentielle.

Quelles étaient les principales difficultés que vous avez rencontrées en réalisant ces nouveaux accéléromètres en graphène?

La fabricabilité (et la reproductibilité) est le principal défi rencontré lorsque l’on passe des échantillons de laboratoire aux futurs accéléromètres qui deviendront des produits.

Selon vous, quelles ont été vos plus importantes réalisations jusqu’à présent?

Nous avons prouvé que le minuscule écart n’est pas susceptible de s’effondrer, même dans l’air, ce qui est essentiel pour la fiabilité de l''accéléromètre. Son brevet principal a été déposé, et un autre concernant les matériaux connexes est en cours d’élaboration.

Que devez-vous encore accomplir avant la fin du projet?

Nous devons construire davantage de prototypes correctement intégrés, et collecter plus de données en laboratoire.

À quel genre d’applications de capteurs pensez-vous?

Par exemple, au suivi des vibrations des machines. Il s’agit de la méthode la plus répandue pour déterminer la santé de l’équipement de rotation. C’est utile pour la sécurité et la maintenance intelligente dans l’industrie moderne, notamment à l’ère de l’Internet des objets.

Selon vous, êtes-vous proche d’une éventuelle commercialisation?

C’est difficile à dire. La commercialisation prend plus de temps et nécessite des moyens différents que ceux dont nous disposions pour nos travaux de recherche dans l’environnement de laboratoire. Toutefois, avec le droit fondamental de propriété intellectuelle déposé et davantage de données collectées sur le terrain, nous sommes sur la bonne voie pour atteindre l’objectif de commercialisation.