Des nanofibres magnétiques pour de nouvelles applications des MEMS

Les MEMS, ces technologies invisibles de notre quotidien

Quel point commun entre un smartphone, un airbag, et une pompe à insuline ? Les microsystèmes électromécaniques (MEMS en anglais). Invisible à l’?il nu, cette technologie est présente dans un grand nombre d’autres d’applications de tous les jours. Les MEMS ont deux fonctions : celle de capteur et celle d’actionneur. Par exemple, dans le cas d’un airbag, en cas de changement daccélération, le système envoie un message électrique pour activer certaines commandes. 

Depuis quelques années, de nouveaux développements intègrent dans ces technologies des composants magnétiques. Un des objectifs étant de pouvoir activer et piloter à distance des microstructures avec une grande précision, comme par exemple pour délivrer des médicaments de manière très localisée dans l’organisme. Pour cela, les matériaux utilisés contiennent des composés magnétiques microscopiques, appelés nanofibres magnétiques. Toutefois, l’obtention de matériaux microscopiques présentant une grande aimantation, uniformément répartie, pose un défi technologique.

C’est dans ce contexte qu’une équipe de recherche a mis au point de nouvelles nanofibres à base de fer. Ces travaux résultent d'une collaboration entre le Laboratoire des multimatériaux et interfaces (LMI – Université Claude Bernard Lyon 1 / CNRS), l’Institut des nanotechnologies de Lyon (INL – INSA Lyon / Université Claude Bernard Lyon 1 / CNRS / INSA Lyon / EC Lyon / CPE Lyon), l’Institut lumière matière (ILM – Université Claude Bernard Lyon 1 / CNRS), et le laboratoire Matériaux : ingénierie et sciences (MATEIS - INSA Lyon / Université Claude Bernard Lyon 1 / CNRS). 

Une étude complète de nanofibres de fer 

Pour obtenir ces nanofibres, les scientifiques ont recours à l’électrofilage. Cette technique consiste à appliquer un champ électrique à une solution de polymères pour l’étirer sous l’effet de forces électrostatiques. Cette approche permet d’obtenir des filaments solides et extrêmement fins (de l’ordre du millionième de millimètre) au sein d’une matrice de polymères. En incorporant des ions métalliques dans la solution de polymères, et en appliquant un traitement thermique adapté, ils acquièrent des propriétés magnétiques. Sous l'effet d'un champ magnétique, ces filaments sont ensuite auto-organisés dans la matrice de polymères pendant sa réticulation, un processus transformant le polymère liquide en solide.

Filament électrofilé à partir d’une solution de polymère - Crédits LMI

Jusqu’à présent, peu de travaux ont exploré les propriétés magnétiques de filaments purement à base de fer. C'est ce manque qu’a pallié l’équipe de recherche. Elle a réalisé l’analyse et la caractérisation de cette structure nanométrique, ainsi que de ses propriétés magnétiques.

Les résultats de cette étude révèlent notamment que la microstructure induit une anisotropie magnétique uniaxiale du composite. La susceptibilité magnétique, donc l’aimantation des fibres à bas champ, est plus grande dans la direction d’orientation des nanofibres.  
 

Une anisotropie magnétique implique que la réponse du matériau à un champ magnétique extérieur dépend de sa direction. En quelque sorte, les nanofibres de fer s’auto-organisent au sein du polymère le long des lignes de champs, comme de la limaille de fer à proximité d’un aimant. Cette anisotropie uniaxiale obtenue augmente la réponse magnétique du matériau. 
 

Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives dans le développement de matériaux composites magnétiques.
 

 

Article référence :

Ourry, L., Le Roy, D., Mekkaoui, S., Douillard, T., Deman, A. L., & Salles, V. (2020). Magnetic filaments for anisotropic composite polymers. Nanotechnology.

https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab9b46