Matériaux pour applications émergentes

Dans les années 1970, la demande de matériaux électroluminescents sous forme de films minces a contribué à l’émergence de l’ALD.1 Par la suite, les films ultra-minces déposés par ALD ont trouvé de nombreuses applications, tout d’abord en microélectronique, puis en photovoltaïque ou encore dans le domaine de l’énergie tel que les batteries au lithium et les piles à combustibles, conduisant ainsi à l’essor de la technique ALD.2 Cette technique permettant la formation de films de divers natures (oxyde, nitrure, métal, hybride…), souvent à relativement basse température (ambiante-300 °C), soit sur des supports plans soit sur des substrats à fort rapport d’aspect, des nano- et hétéro-structures fonctionnelles avec un contrôle très précis de leurs dimensions peuvent être ainsi fabriquées.3 De nouvelles applications ALD ont ainsi vu le jour ces dernières années notamment  dans des domaines allant de la médecine aux énergies renouvelables en passant par l’environnement et les textiles techniques. Il faut aussi souligner l’émergence de la fabrication ALD de matériaux 2D et de MOFs (metal organic framework).

Le caractère hydrophobe ou hydrophile de tissu en coton peut, par exemple, être contrôlé par la modification de leur surface par ALD.4 En modifiant la chimie de surface (fonctionnalité, polarité…) et en contrôlant précisément la taille des pores, par dépôt ALD, des membranes sont fabriquées et utilisées entre autres pour la séparation sélective de gaz, la filtration, la détection d’ADN et d’ARN ou encore pour la signalisation cellulaire.5 Les revêtements ALD trouvent aussi des applications dans les implants médicaux, les systèmes de bio-détections et de diagnostiques.6 Par exemple, le dépôt basse température de TiNOx sur des fibres de cellulose permet l’obtention de fibres biocompatibles permettant une bonne adhésion de cellules type hADSC. Des revêtements antimicrobiens à base de ZnO et des biocapteurs non-enzymatiques pour la détection du glucose sont quelques exemples d’applications de l’ALD dans le domaine médical.

L’environnement et l’énergie ne sont pas de reste avec notamment l’amélioration de la stabilité et de la performance des électrodes pour la photoélectrolyse de l’eau et la conversion de l’énergie osmotique à partir de modification de membranes par ALD. De plus, des nano- et hétéro-structures fabriquées par exemple à base de BN se sont révélées efficaces pour le traitement de l’eau.

Enfin, on peut noter que les applications en photonique et en capteurs gaz, bien qu’étudiées depuis de nombreuses années, restent pour l’instant plutôt confidentielles malgré un fort potentiel de l’ALD dans ces deux domaines.

 

  1. Suntola T. & Antson J. METHOD FOR PRODUCING COMPOUND THIN FILMS.
  2. Johnson, R. W., Hultqvist, A. & Bent, S. F. A brief review of atomic layer deposition: from fundamentals to applications. Materials Today 17, 236–246 (2014).
  3. Knez, M., Nielsch, K. & Niinistö, L. Synthesis and Surface Engineering of Complex Nanostructures by Atomic Layer Deposition. Advanced Materials 19, 3425–3438 (2007).
  4. Hyde, G. K. et al. Atomic Layer Deposition and Abrupt Wetting Transitions on Nonwoven Polypropylene and Woven Cotton Fabrics. Langmuir 26, 2550–2558 (2010).
  5. MARICHY, C. & BECHELANY, M. ALD pour des applications capteurs, biocapteurs et membranes. 27 (2016).
  6. Skoog, S. A., Elam, J. W. & Narayan, R. J. Atomic layer deposition: medical and biological applications. International Materials Reviews 58, 113–129 (2013).

 

Photographie et image MEB d’un textile de nanofibres de BN, réalisé à partir d’un intissé de PAN traité par ALD, montrant une forte hydrophobicité et utilisable comme filtre ou éponge à solvant pour le traitement de l’eau. (LMI)