Chaire de recherche du Canada en matériaux électroactifs pour la récupération d’énergie et les capteurs
Une seule couche d’atomes plus solide que l’acier
Photo : UdeS - Michel Caron
Choisir l’Université de Sherbrooke. Quand on lui demande pourquoi il a finalement choisi de s’établir parmi nous, le professeur Mohamed Siaj, directeur du Centre québécois sur les matériaux fonctionnels, n’hésite pas une seconde : pour son écosystème entrepreneurial, sa chaine d’innovation, sa proximité avec la nature et son campus intégré, où tous les services dont un professeur-chercheur a besoin se trouvent à quelques pas de marche.
Nouvellement arrivé au Département de génie chimique et génie biotechnologique, le professeur Mohamed Siaj est le titulaire de la Chaire de recherche du Canada en matériaux électroactifs pour la récupération d’énergie et les capteurs. D’une durée de 7 ans, cette chaire a pour objectif d’innover dans des secteurs clés, en poursuivant le développement des matériaux bidimensionnels (2D) et tridimensionnels (3D) électroactifs pour la production et le stockage d’énergie, ainsi que pour des applications de capteurs ultraperformants adaptés à divers environnements.
Les activités de la Chaire visent à intensifier la recherche fondamentale et appliquée pour comprendre à l’échelle moléculaire le comportement de la synthèse des matériaux 2D et 3D en vue de leur utilisation comme électrodes pour la production de l’hydrogène et pour la détection. Cela offrira une alternative économique aux métaux nobles, dont le platine, présent dans diverses applications commerciales mais très dispendieux. En perfectionnant les matériaux 2D et 3D actuels et en développant de nouvelles caractéristiques avancées, nous pourrons créer des dispositifs plus efficaces et plus économiques que les technologies actuelles pour des secteurs clés comme la microélectronique, la santé, l’environnement et l’énergie.
Batteries, cellules solaires ou médicaments : une multitude d’applications possibles
Les matériaux 2D et 3D se distinguent par leur structure unique et leurs propriétés polyvalentes, ouvrant la voie à de nombreuses applications concrètes et innovantes dans divers domaines : fabrication de composants électroniques, amélioration de la capacité et de la vitesse de charge des batteries, production d’hydrogène, optimisation des cellules solaires, détection de polluants atmosphériques, de contaminants alimentaires et de maladies, biodétection, ciblage de médicaments, optique, photonique et intégration dans des matériaux composites pour l’aérospatial.
J’ai par le passé travaillé sur des projets dans le secteur de l’aéronautique, alors que maintenant un de mes projets consiste à intégrer un capteur dans les culottes d'incontinence pour que l’information soit communiquée rapidement aux personnes concernées et que les actions nécessaires soient posées. En période de pandémie aussi on avait travaillé sur des capteurs capables de détecter la COVID. Les domaines d’applications sont très variés.
Des caractéristiques incroyables
Le domaine des matériaux 2D électroactifs latéraux et verticaux - dont le graphène, les dichalcogénures de métaux de transition et les MXènes - a connu une croissance exponentielle. Ces matériaux sont extrêmement minces - seulement quelques nanomètres d’épaisseur! - et composés d’une seule couche d’atomes. Cette structure particulière leur procure une très grande légèreté, une flexibilité remarquable et des propriétés qui permettent de modifier leur surface pour interagir avec des molécules bien spécifiques. Ils sont même plus solides que l'acier!
Un autre aspect fascinant des matériaux 2D et 3D est leur efficacité exceptionnelle pour la détection de gaz, de produits chimiques et d'autres substances grâce à leur grande surface réactive et à leurs propriétés électroniques uniques. De plus, certains matériaux permettent d’ajuster les propriétés électroniques en fonction des conditions d’utilisation, ce qui les rend polyvalents pour des applications variées allant de la surveillance de la qualité de l'air et des polluants atmosphériques à la détection précoce de maladies par analyse des biomarqueurs dans l'air expiré. Ces qualités rendent les matériaux 2D et 3D prometteurs pour des capteurs intelligents intégrables dans des dispositifs portables ou des systèmes de surveillance en temps réel.
Projection dans le futur
Les travaux de la Chaire de recherche du Canada en matériaux électroactifs pour la récupération d’énergie et les capteurs contribueront assurément à renforcer la position de l’expertise canadienne dans le développement de nouvelles générations de matériaux électroactifs. Alors que le nombre de matériaux 2D et 3D continue de s'élargir au-delà du graphène, qui ne représente qu'une fraction des matériaux disponibles, cette chaire mettra en valeur le potentiel exceptionnel de ces matériaux innovants. La poursuite de ces recherches permettra non seulement d'exploiter les capacités uniques des matériaux électroactifs, mais aussi de mieux répondre aux défis environnementaux et de santé publique actuels.
Une recherche qui s’élève à la puissance dix!
Ce n’est pas un hasard si l’Université de Sherbrooke se démarque en recherche. Son secret? Le mariage judicieux du partenariat, de la mutualisation et de l’interdisciplinarité, trois forces qui font sa renommée. Apprenez-en plus sur ce qui a propulsé l’UdeS 10e en recherche au Canada.