Nanotechnologie : rechercher, développer et rendre utilisable

La nanoscience est considérée comme une technologie clé du 21e siècle. Mais pour qu'elle puisse déployer tout son potentiel, elle doit d'abord être transformée en nanotechnologie. L'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) joue un rôle décisif sur cette voie : dans le cluster d'excellence "3D Designer Materials", les visions de techniques de fabrication additive 3D numériques et évolutives deviennent réalité. L'objectif des scientifiques du KIT est d'étudier et de développer de nouveaux outils et processus ainsi que d'optimiser la vitesse et la résolution des processus.

Au Nanostructure Service Laboratory (NSL), ce sont surtout les petits arrangements à l'échelle micrométrique ou submicrométrique qui sont étudiés. "Dans le cadre de leurs travaux de recherche, nos étudiants et doctorants produisent des structures 3D à partir de différents polymères par impression 3D. Ce faisant, ils examinent leurs surfaces en termes de rugosité et d'autres caractéristiques", explique le professeur Dr Gernot Goll, directeur du NSL. "Nous faisons ainsi de la recherche fondamentale pour les composants optiques 3D, les structures d'échafaudage 3D fonctionnalisables au niveau moléculaire et de nombreux autres domaines d'application".

Le Karlsruher Institute of Technology (KIT), dont fait partie le NSL, fait partie de la stratégie d'excellence de l'État fédéral et des Länder dans l'enseignement supérieur allemand. Il abrite une infrastructure technologique complète pour la fabrication et l'analyse de nanostructures. Il soutient ainsi les chercheurs avec un portefeuille de compétences variées dans des domaines très différents - par exemple dans les techniques de fabrication additive 3D mentionnées ci-dessus ou dans le domaine des technologies de l'information quantique, où le développement de qubits, les unités élémentaires d'un ordinateur quantique, est intensivement poursuivi. Les chercheurs ont ici accès à des appareils ultramodernes qui permettent de développer et d'optimiser les méthodes de production. Il s'agit par exemple de lithographes à faisceau d'électrons, de microscopes électroniques à balayage ou d'imprimantes 3D à haute résolution.

Mesure 3D surfacique avec le MarSurf CM explorer L'un des derniers arrivants au NSL est le MarSurf CM explorer, qui élargit depuis fin 2020 l'éventail des techniques de mesure du "Carl Zeiss Foundation 3D Additive Manufacturing User Lab", rattaché au NSL. Ce microscope confocal haute résolution de Mahr permet de mesurer et d'analyser des surfaces en trois dimensions - sans contact, indépendamment du matériau et rapidement. L'appareil de mesurefournit des valeurs de mesure 3D en quelques étapes fonctionnelles seulement .

"D'autres groupes de travail nous avaient recommandé à plusieurs reprises le CM explorer ", explique Goll. Ils ont alors contacté le fabricant Mahr et se sont fait présenter l'appareil lors d'une visite sur place. Christopher Wallmann, Field Sales Engineer chez Mahr, a expliqué aux chercheurs de Karlsruhe le microscope confocal et ses multiples fonctions. Selon M. Goll, l'appareil a surtout convaincu par ses nombreuses possibilités d'évaluation pour l'analyse.

Mesures correctes et reproductibles Les étudiants et les doctorants reçoivent d'abord une formation sur l'appareil pour pouvoir ensuite l'utiliser de manière autonome. Comme le souligne Goll, le MarSurf CM explorer répond clairement aux exigences que le laboratoire s'était fixées : le microscope confocal permet de réaliser des mesures indépendantes du matériau de n'importe quelle géométrie et de n'importe quel état de surface, qu'il soit réfléchissant, absorbant, opaque ou transparent. "Le MarSurf CM explorer est synonyme de vitesse de mesure élevée et dispose d'une fonction HDR de 16 bits ainsi que d'une fonction de stitching HD, c'est-à-dire d'une résolution élevée et constante, même pour les grandes surfaces de mesure", explique Wallmann.

À Karlsruhe, la recherche et la réalisation de nanostructures fonctionnelles progressent de manière prometteuse. Grâce à un équipement de pointe, le KIT pourrait même réussir à faire de la vallée du Rhin supérieur autour de Karlsruhe une "Nano Valley" de renommée internationale, par analogie à la Silicon Valley. C'est en tout cas l'objectif déclaré que s'est fixé le KIT dans le cadre de l'initiative d'excellence.

Tâches de mesure typiques du MarSurf CM explorer :

• Mesures de rugosité selon ISO 4287 & ISO 13565 / ISO 25178
• Mesures topographiques (entre autres volume, usure, tribologie)
• Contour et forme (2D, 3D)
• Analyse des pores et des particules
• analyse des défauts
• et bien d'autres choses encore.