Des mesures thermiques à l'échelle nanométrique
Les nanomatériaux présentent de nombreuses propriétés électriques, mécaniques, thermiques, optiques et magnétiques, qui sont étonnantes et exotiques, et diffèrent largement de celles des mêmes matériaux à l'état brut. Le projet QUANTIHEAT (Quantitative scanning probe microscopy techniques for heat transfer management in nanomaterials and nanodevices), financé par l'UE, cherche à concevoir des définitions, des outils et des méthodes standardisés de métrologie qui font actuellement défaut, pour étudier et quantifier le transfert de chaleur dans des matériaux nanostructurés. L'équipe a commencé par des matériaux d'échantillon, spécifiés par des entreprises, et catalogué les techniques et les méthodologies de caractérisation thermique disponibles pour le consortium, en vue d'analyser le transfert de chaleur à plusieurs échelles. En procédant ainsi, les scientifiques ont déterminé les techniques de mesure et de modélisation convenant le mieux aux matériaux envisagés. Les chercheurs ont passé en revue les définitions et la terminologie en cours, soulignant la probabilité très élevée d'engendrer la confusion lors de la description de résultats de la microscopie thermique à balayage (SThM). Ils ont aussi souligné l'importance critique d'échantillons bien caractérisés pour autoriser la comparaison entre les laboratoires. Ils ont rédigé des recommandations sous la forme d'un document préliminaire, en vue de conduire à des définitions standardisées. Une grande partie des travaux est dédiée à concevoir de nouveaux outils de métrologie, comprenant des échantillons de calibrage, de référence et de test ainsi que des modèles, dans l'optique de méthodes de fabrication industrielle. Les scientifiques ont fabriqué par dépôt de couches atomiques et évalué des échantillons industriels de couches minces résistives nano-imprimées par lithographie, de nouvelles connexions nanostructurées à base de microparticules, et des matériaux. Ceci les a aidés à déterminer les techniques de caractérisation thermique requises pour gérer les aspects critiques du transfert de chaleur dans les processus de fabrication. Les chercheurs ont aussi enregistré d'importants progrès dans la mise au point d'outils de simulation et semi-analytiques pour étudier des comportements thermiques dans des matériaux complexes et à leurs interfaces. En parallèle, ils ont mis au point de nouveaux dispositifs de mesure et de calibrage, comme des sondes expérimentales et des associations de la SThM avec la microscopie électronique à balayage ou la radiométrie infrarouge. Le projet QUANTIHEAT est en bonne voie de proposer un tout nouvel ensemble d'outils de métrologie pour étudier le transfert de chaleur dans les matériaux nanostructurés. Il sera soumis aux organismes de normalisation, européens et internationaux, en vue d'établir des modèles et des normes de calibrage d'envergure internationale. En outre, cette contribution inestimable à un domaine critique des nanomatériaux renforcera la compétitivité des fabricants de l'UE.
Mots‑clés
Thermique, métrologie, nano-, microscopie, transfert de chaleur
