Des membranes de diamant ultrafines produisent une tension lorsqu’elles sont courbées

Des chercheurs de l’Université de Hong Kong ont montré que des membranes ultrafines et souples en diamant polycristallin produisent une tension mesurable lorsqu’elles sont courbées. Ce résultat reproductible renverse l’idée admise depuis un siècle selon laquelle le diamant n’est pas piézoélectrique, c’est-à-dire qu’il ne peut pas transformer une déformation mécanique en réponse électrique.

L’équipe a rendu souple le diamant, normalement rigide, en détachant d’un substrat des membranes de quelques micromètres d’épaisseur seulement. Dans des expériences contrôlées, une tension est apparue systématiquement lors de flexions répétées. Les chercheurs ont recherché d’éventuelles interférences environnementales et des effets de triboélectricité, c’est-à-dire l’apparition de charges lorsque des surfaces se touchent ou frottent l’une contre l’autre, renforçant les preuves que le signal provenait de la membrane elle-même. Une membrane d’environ 5 micromètres d’épaisseur a généré environ 70 millivolts sous une déformation en flexion de 1,4 %, tandis que des échantillons ont également conservé une réponse pendant plus de 7 000 cycles sous une déformation moindre.

Les calculs suggèrent que cet effet provient d’une asymétrie aux joints de grains, là où se rencontrent les nombreux minuscules cristaux de diamant de la membrane. La flexion modifie la répartition des charges électriques autour de ces joints, créant une différence de potentiel d’un côté à l’autre du matériau.

La production électrique est faible, et les diamants ordinaires ne peuvent pas remplacer les batteries. La réalisation de dispositifs utilisables nécessitera davantage de travaux sur le rendement, la fabrication et l’intégration. Toutefois, la durabilité, la stabilité chimique et la biocompatibilité du diamant pourraient rendre ces membranes utiles pour de futurs capteurs autoalimentés, des récupérateurs d’énergie miniatures ou des dispositifs implantables tirant du mouvement des signaux ou de très faibles quantités d’énergie.