Séminaire - 05/05/22 - Emmanuel Scorcone - Le diamant de synthèse: un joyau au service la détection chimique

Invitation : Khalifa Aguir (Département DETECT, Equipe MCI).

Diffusion : IM2NP, CINaM, Irphe, LP3, Madirel (via P. Boulet), PIIM (via T. Angot), CPT (T. Martin), Fédération de Chimie (via S. Viel), CP2M

SEMINAIRE Jeudi 5 mai 2022 à 11h00

Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, 1er étage Bâtiment Poincaré

Emmanuel Scorsone

CEA, LIST, Diamond Sensors Laboratory, 91191, Gif Sur Yvette, France

Le diamant de synthèse: un joyau au service la détection chimique

La première tentative reproductible de faire croitre du diamant en laboratoire a été rapportée en 1955. Depuis lors, les voies de synthèse - à la fois par CVD et HPHT - n'ont cessé de s'améliorer. Les connaissances sur les propriétés des matériaux et les applications potentielles ont également augmenté de façon continue au cours des décennies, avec des attentes élevées dans divers domaines de la science et de l'ingénierie, motivées par les nombreuses propriétés exceptionnelles qu'un tel matériau peut offrir dans les domaines de la mécanique, l'optique, l'électronique, l'acoustique, la thermique ou encore la chimie. Les sujets d’intérêts majeurs qui intéressent les scientifiques depuis de nombreuses années sont en particulier les dispositifs électroniques de puissance, les détecteurs de rayonnement, ou les effets quantiques dans les centres NV. Mais de façon assez surprenante, un domaine qui a peu été exploré est la détection chimique, en dépit du fait que le diamant possède de nombreuses propriétés remarquables qui peuvent être utilisées avantageusement pour améliorer à la fois la fiabilité, la stabilité à long terme et les performances analytiques des capteurs chimiques et biochimiques. Cela peut s'expliquer en partie par l'accessibilité limitée du matériau produit à l'aide de réacteurs de croissance et de compétences spécifiques. Par exemple, le diamant dopé au bore (BDD) présente des propriétés électrochimiques exceptionnelles, avec une fenêtre de potentiel supérieure à 3V en milieux aqueux et une faible capacité de double couche. Le diamant possède également des propriétés mécaniques remarquables (e.g. un module d’Young> 1000 GPa) qui peuvent être exploitées pour améliorer la qualité des transducteurs bio/chimiques de type MEMS. De plus, le diamant est composé de carbone avec, contrairement au silicium, l’absence d’oxyde natif en surface, ce qui permet un greffage covalent carbone-carbone robuste d'une large gamme de récepteurs chimiques et biologiques sur la surface des transducteurs en utilisant la chimie organique conventionnelle. Les surfaces en diamant sont biocompatibles, résistantes à la corrosion et généralement chimiquement inertes et donc très stables dans le temps.

Ainsi, au cours des 15 dernières années, nous avons travaillé au CEA-LIST sur le développement de capteurs chimiques à base de diamant de synthèse. Nos efforts se sont concentrés principalement sur le développement de MEMS en diamant, à savoir les microleviers et les capteurs à ondes acoustiques de surface (SAW), ainsi que les électrodes BDD. Ce travail a impliqué des développements considérables sur la micro-fabrication et la caractérisation du diamant. Dans le cadre du projet FP7-SNIFFER puis du projet H2020 CBord, nous avons axé nos études plus particulièrement sur la détection de petites molécules organiques, principalement pour des applications de sécurité. Dans ce cadre, l’utilisation de couches sensibles à base de protéines telles que les protéines de liaison aux odorants (OBP), les protéines urinaires majeures (MUP) et même les récepteurs olfactifs (OR) combinés avec des transducteurs en diamant a été étudiée. Ces capteurs ont été spécialement conçus pour la détection de stupéfiants et d'explosifs en phase vapeur, ainsi que du tabac. En parallèle, des électrodes BDD innovantes ont également été développées pour une large gamme d'applications allant de la sécurité, le diagnostic médical, à l'industrie alimentaire. Ainsi, cette présentation visera à sensibiliser les auditeurs sur le potentiel des matériaux à base de diamant pour les applications de détection chimique.