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NanotechnologieLe Conseil national de recherches du Canada CNRC joue un rôle clé pour aider le Canada à participer activement à la quête internationale de découvertes au niveau atomique et moléculaire. La nanotechnologie – qui est la recherche, le développement et la commercialisation de matériaux et de dispositifs à l'échelle du milliardième de mètre – ouvre de nouveaux horizons dans pratiquement tous les secteurs de l'économie, allant des sciences des matériaux à la biomédecine, en passant par les technologies de l'information et des communications. La recherche en nanotechnologie se poursuit dans plusieurs instituts du CNRC partout au pays dans les secteurs suivants. En partenariat avec des intervenants clés, ces instituts augmentent l'expertise canadienne et permettrent au Canada de demeurer à l'avant-garde de la révolution naissante en nanotechnologie.
Nanotechnologie
Établi en 2001 comme un partenariat entre le CNRC et l'Université de l'Alberta, l'INN explore l'intégration au niveau moléculaire des nano-dispositifs les plus puissants de la nature, comme les protéines, les lipides et d'autres structures biologiques faites de matériau organique "mou", avec des semi-conducteurs cristallins, des métaux et des catalyseurs faits de matériaux inorganiques "durs". En 2006, l'INN déménagera dans l'une des installations de recherche les plus technologiquement avancées du monde. D'une superficie de 15 000 mètres carrés, elle sera en mesure d'accueillir 120 employés permanents, 45 travailleurs invités et jusqu'à 275 chercheurs diplômés et au niveau postdoctoral. Nanomatériaux
L'ISSM-CNRC étudie la structure et la stabilité des nanomatériaux, la corrélation entre la structure électronique et géométrique de ces matériaux et leurs propriétés macroscopiques, ainsi que l'application de ces connaissances à la conception de nouveaux matériaux présentant des caractéristiques particulières. Nanocomposants, nanomatériaux et nanodispositifs L' ISM-CNRC s'intéresse à la nanoscience depuis le tout début : il a mis au point la technologie nécessaire pour fabriquer des nanostructures à semiconducteurs dont il a mesuré et étudié les propriétés et il a aussi exploré leurs applications potentielles. La boîte à outil de l'ISM-CNRC en nanoscience comprend des techniques de pointe qui permettent de modifier les caractéristiques de composants à la nanoéchelle et de produire des matériaux qui induisent l'auto-assemblage des points quantiques – ces structures minuscules qui pourraient être utilisées un jour pour former des nanocircuits pour la prochaine génération de dispositifs à semiconducteurs.
L'un des défis que posent les matériaux organiques est leur sensibilité aux solvants qui sont communément utilisés pour la fabrication, ainsi qu'à l'oxygène, à l'humidité et aux températures élevées. L'équipe multidisciplinaire de l'ISM-CNRC, qui est formée de physiciens, de chimistes et d'ingénieurs, a mis au point un écran d'affichage en plastique souple qui utilise des couches minces organiques, et elle travaille actuellement à mettre au point des dispositifs électroniques et optiques en plastique transparent pour des applications en télécommunications. Ces nanostructures à semiconducteurs seront utilisées pour construire une nouvelle catégorie d'ordinateurs quantiques qui obéiront aux lois de la mécanique quantique plutôt qu'aux lois de la mécanique classique; de tels ordinateurs pourraient fournir une puissance de calcul sans précédent. Leurs applications incluent la sécurité (banques, défense nationale), les technologies de l'information et des communications, la biologie, la météorologie, l'ingénierie et les sciences physiques. Les chercheurs de l'ISM-CNRC ont établi les principes de base du calcul quantique et il est d'ores et déjà possible de combiner des qubits pour former le plus petit circuit quantique existant. Ils travaillent présentement à mettre au point une technique permettant de créer des circuits plus complexes et de les coupler au moyen d'un faisceau de lumière. Catalyseurs, électrodes et membranes pour la technologie des piles à combustible
La nanotechnologie a le potentiel de révolutionner le secteur manufacturier. À l'ITPCE-CNRC, les scientifiques sont en train de développer des nanomatériaux qui possèdent une fonctionnalité améliorée, ce qui permettra de créer une nouvelle génération de produits et de dispositifs. Les chercheurs de l'ITPCE-CNRC mettent au point des nanocatalyseurs bimétalliques stabilisés au moyen de polymères; de tels catalyseurs permettront d'obtenir une plus grande densité de puissance pour la même quantité de catalyseur et, par conséquent, d'abaisser le coût des piles à combustible. Ils tentent aussi de déterminer la composition et la structure idéales des alliages ternaires Pt/Ru/Os, car ceux-ci ont une meilleure capacité catalytique que les alliages utilisés actuellement. En plus des catalyseurs, les chercheurs s'affairent aussi à mettre au point des matériaux en céramique nanostructurés, des polymères intelligents pour des applications biomédicales et en photonique, et une nouvelle génération de nanocomposites ferromagnétiques. Nanocomposites polymériques
Des chercheurs de l'IMI-CNRC ont amélioré de 50 % les propriétés physiques de certains polymères en leur ajoutant des nanoparticules d'argile. On estime que le marché de ces nanocomposites polymériques atteindra 3 milliards de dollars d'ici 2009, et que le marché canadien se chiffrera à 500 millions de dollars par année d'ici la fin de la décennie. Les nanocomposites promettent aussi d'accroître la performance des revêtements, des catalyseurs et des membranes. Avec le concours de plusieurs grandes entreprises, l'IMI‑CNRC poursuit aussi le programme de recherche et de développement en technologie des nanocomposites polymères a doté d'un budget annuel de 300 000 $. Nanoélectrodes et biocapteurs
À l'IRB-CNRC, les chercheurs sont en train de développer des biocapteurs qui accouplent des nanostructures avec des éléments biologiques, de l'électronique et des architectures aux niveaux atomiques et moléculaires. Ces nanobiocapteurs peuvent être utilisés pour détecter des pathogènes, des métaux lourds et d'autres molécules présents dans l'environnement et les industries de la santé et de l'alimentation. Performance des couches minces et des surfaces
D'un bout à l'autre du Canada, des chercheurs du CNRC travaillent à mettre au point de nouvelles techniques de revêtement des surfaces qui amélioreront de façon importante les produits existants. À Boucherville, au Québec à l'IMI-CNRC, des revêtements projetés par plasma sont utilisés pour accroître la résistance à l'usure des outils en plastique et en métal moulés par injection. À l'IRA-CNRC, les travaux en cours permettront de mettre au point des procédés plus écologiques pour le placage au chrome dur et d'accroître la résistance à l'usure et à l'abrasion des aubes de turbine. D'autres instituts à Ottawa perfectionnent de nouvelles techniques de dépôt en phase vapeur des couches minces pour des applications dans l'industrie électronique. L'ITFI-CNRC est un chef de file de la consolidation laser des nanopoudres métalliques pour la fabrication rapide de revêtements et d'outils. Enfin, l'IIPC-CNRC de Vancouver abrite le groupe de recherche en tribologie du CNRC, qui étudie les propriétés de résistance à l'usure et au frottement à l'échelle du nanomètre. Nanométrologie L'Institut des étalons nationaux de mesure du CNRC Le Programme de métrologie dimensionnelle de l'IENM-CNRC apporte aussi son soutien au tout nouveau programme canadien de recherche en nanotechnologie en fournissant des services d'étalonnage complets pour la mesure dimensionnelle de grande précision au Canada. Les paramètres dimensionnels visés par ce programme comprennent la longueur, l'angle, la planéité, la rotondité, la rugosité des surfaces et les formes tridimensionnelles. Le groupe met aussi au point des instruments de mesure à la fine pointe fabriqués sur commande; il conduit et coordonne des enquêtes; et il poursuit de la recherche fondamentale et des études scientifiques. L'ENM-CNRC est membre des principaux comités internationaux qui établissent les normes en matière de nanométrologie et il s'assure également, par sa participation à ces comités, que les fabricants canadiens ont accès aux matériaux de référence dont ils ont besoin. LE SAVIEZ-VOUS? Le premier circuit électrique à molécule unique au monde
Les chercheurs de l'INNT sont en train de construire l'ordinateur de l'avenir – une molécule à la fois. L'équipe a créé un circuit électrique comportant une seule molécule, une découverte qui pourrait paver la voie vers la miniaturisation des ordinateurs et vers la création de capteurs assez petits pour détecter des interactions d'une seule molécule. Présentement, la capacité de fabriquer des ordinateurs plus petits est limitée par les contraintes de taille des transistors qu'ils utilisent. Chaque transistor possède trois électrodes, qui doivent être en contact physique pour permettre à l'électricité de passer. Faire en sorte que trois électrodes touchent une unique molécule est presque physiquement impossible, et les chercheurs ont fait la meilleure chose suivante – ils ont fait faire par deux électrodes le travail de trois. Les ordinateurs contiennent des millions de transistors qui s'allument et s'éteignent, ce qui permet aux processeurs d'effectuer des fonctions logiques. La technologie actuelle des transistors nécessite environ un million d'électrons pour faire changer l'état électrique d'un seul transistor, ce qui utilise énormément d'électricité et génère beaucoup de pertes de chaleur. L'équipe de recherche essaie d'obtenir des multiples de leurs unités à molécule unique afin de créer un circuit intégré de molécules. L'utilisation d'un seul électron, plutôt qu'un million, procurerait d'énormes avantages de vitesse et d'économie d'énergie. L'équipe travaille aussi à convertir sa découverte en un capteur qui pourrait être utilisé dans des appareils de diagnostic médical capables de détecter quand une molécule unique s'attache à un récepteur sur une cellule. |
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