Matériaux inorganiques et industriels
Réalisations pour cette catégorie
Des particules ferromagnétiques pour cibler l'action des agents anticancéreux
Section d'une microsphère de polymère
+précis +petit +efficace
Les relations structure-propriété sont au cœur de la compréhension des phénomènes physico-chimiques. À l’échelle nanométrique, un des défis réside dans la finesse requise des analyses pour déterminer précisément la structure. L’équipe du Pr. Martel, en collaboration avec l’équipe du Pr. L’Espérance, s’est penchée sur cette problématique dans le cadre du développement d’un vecteur thérapeutique localisé pour le traitement du cancer.
La stratégie anticancer adoptée a été de combiner un agent anticancéreux avec des nanoparticules ferromagnétiques dans des microparticules biodégradables pour cibler l’un des lobes du foie. Le ciblage s’effectue grâce à l’imagerie à résonance magnétique (IRM) : le mouvement des microparticules dans les vaisseaux sanguins est donc contrôlé par l’application d’un champ magnétique externe. L’avantage de la localisation est une meilleure efficacité du traitement et une réduction des effets secondaires.
L’équipement de pointe et l’expertise de l’équipe du Pr. L’Espérance ont permis la caractérisation des paramètres stéréologiques et cristallographiques des nanoparticules ainsi que leur distribution spatiale dans les microparticules. Ces données ont été exploitées pour réviser la synthèse des nanoparticules et guider le vecteur dans les vaisseaux sanguins : un progrès majeur dans ce domaine.
Références
[1] P. Pouponneau, J.-C. Leroux, G. Soulez, L. Gaboury, S. Martel, Biomaterials, 32, 3481-3486 (2011).
[2] P. Pouponneau, J.-C. Leroux, S. Martel, Biomaterials, 30, 6327-6332 (2009).
Chercheurs impliqués
Pr. G. L’Espérance et J.-P. (École Polytechnique), Pr. S. Martel et P. Pouponneau (École Polytechnique)
La contribution IRDQ
Une révolution dans les piles solaires
La pile de Grätzel
+efficace +rentable +écologique
Exploiter l’énergie solaire est une des alternatives les plus prometteuses aux énergies fossiles. Le défi réside dans la conception de piles ayant un rendement suffisant pour que cette solution soit économiquement viable. L’une des stratégies les plus prometteuses – la pile de Grätzel – est basée sur la génération d’un courant suivant l’excitation d’un colorant adsorbé sur des nanoparticules de TiO2, dans lesquelles sont injectés les électrons qui sont ensuite transférées dans un circuit extérieur. Cette élégante stratégie doit toutefois subir des modifications au niveau des matériaux afin de rendre la pile Grätzel plus attrayante, notamment lorsque les applications visées exigent la fabrication de piles de grande surface. Par exemple :
- l’électrolyte utilisé est à base d’ions I- et I3-, dont le mélange en grande concentration est très coloré et corrosif pour le matériau de cathode ainsi que pour les contacts électriques à base d’argent ;
- le catalyseur cathodique est à base de platine qui est un métal dispendieux.
L’équipe du Pr. Marsan a mis au point un électrolyte organique efficace, transparent et noncorrosif. D’autre part, l’électrode de platine a été substitué par un matériau moins dispendieux, plus stable et très performant : le sulfure de cobalt.
Cette découverte, de par son énorme potentiel, a été reconnue comme l’une des 10 plus importantes de l’année 2010 au Québec et publiée dans la prestigieuse revue Nature Chemistry.
Référence
[1] M. Wang, N. Chamberland, L. Breau, J.-E. Moser, R. Humphry-Baker, B. Marsan, S. M. Zakeeruddin, M. Grätzel, Nature Chemistry, 2, 385-389 (2010)
Chercheurs impliqués
Pr. B. Marsan et Pr. L. Breau (UQAM)
La contribution IRDQ
Catalyseurs non-nobles pour piles à combustibles pour le transport automobile
Image MET (TEM, haut) et Image MEB (SEM, bas) des catalyseurs non-nobles à base de fer pour la réduction de l'oxygène en piles à combustible
+efficace +écologique +rentable
Une pile à combustible à électrolyte polymère est une source de puissance électrique propre et efficace qui pourrait, dans un avenir proche, être utilisée dans le domaine de l’automobile. L’utilisation du platine et de ses alliages comme catalyseurs dans ces nouveaux types de piles compromet cependant leur déploiement à grande échelle, compte tenu du coût de ces matériaux.
Les travaux entrepris dans le cadre de ce projet démontrent qu’un catalyseur non-noble à base de fer, un métal très commun, pourrait remplacer le platine. Ainsi, après avoir démontré au cours d’une première percée que l’activité catalytique de ce type de catalyseur rivalisait celle du platine [1], une seconde percée significative a été récemment réalisée [2]. Une fois intégré à une pile à combustible, ce catalyseur est capable de fournir une puissance électrique comparable à celle que peut fournir le platine à un voltage d’intérêt pour l’utilisation dans le domaine de la propulsion automobile.
Avant d’obtenir un produit pleinement commercialisable, le dernier problème à résoudre est la durabilité à long terme du catalyseur qui doit être d’au moins 5000 heures afin de répondre aux cibles déterminées par le US DOE (US Department of Energy ). Les recherches sont en cours afin de trouver une solution au manque actuel de durabilité.
Références
[1] M. Lefèvre, E. Proietti, F. Jaouen, J.-P. Dodelet, Science, 324, 71-74 (2009)
[2] E. Proietti, F. Jaouen, M. Lefèvre, N. Larouche, J. Tian, J. Herranz, J.-P. Dodelet, Nature Communications, 2, 416 (2011)
Chercheurs impliqués
Pr. J.-P. Dodelet et M. Lefèvre (INRS)
Entreprise impliquée
Canétique Électrocatalyse
La contribution IRDQ
Augmenter la durée de vie des cellules solaires
Plusieurs paramètres influencent l'organisation moléculaire de la couche active des cellules solaires polymériques
+rentable +performant +résistant
Actuellement, les cellules solaires sont à base de semi-conducteurs inorganiques qui ont un rendement intéressant, mais sont chers à fabriquer et peu versatiles. Les cellules polymères sont quant à elles : peu coûteuses à fabriquer, plus légères, moins fragiles et potentiellement flexibles. Elles sont donc une alternative des plus prometteuses aux énergies fossiles.
Le défi est d’augmenter la durée de vie de ces cellules, c’est-à-dire maintenir leurs propriétés durant leur cycle de vie pour leur assurer un avenir industriel. Deux facteurs primordiaux vont permettre d’atteindre ce but : l’utilisation de composants du couple donneur-accepteur de haute pureté et la maitrise de la structuration résultant du procédé de fabrication.
La compagnie Solaris Chem Inc. et le Pr. Wuest ont associés leurs savoir-faire afin de développer cette nouvelle génération de cellules. Le Pr. L'Espérance a apporté son expertise afin de caractériser les cellules. Les travaux ont permis:
- la production de haute pureté des couple donneurs-accepteurs formants la cellule (polymères π-conducteurs et dérivés de fullerènes);
- la mise en œuvre de ces polymères;
- la caractérisation des structures résultantes et les implications sur l’efficacité.
Les travaux sont en cours pour développer l’énergie de demain.
Chercheurs impliqués
Pr. G. L'Espérance (École Polytechnique), P.-L. Brunner et Pr. J.D. Wuest (Université de Montréal)
Compagnie impliquée
Solaris Chem Inc.
La contribution IRDQ
Mesure d'impulsion 2
+précis +performant
L’objectif de ce projet est de développer une source X femtoseconde compacte à haut flux, s’étendant vers la région spectrale du keV, et de nouvelles méthodes de caractérisation spatio-temporelle du rayonnement X. Au cours des trois dernières années, l’équipe du professeur Légaré a étudié la génération d’harmoniques élevés (GHE) dans des systèmes atomiques et moléculaires, afin d’optimiser le flux d’harmoniques ainsi que l’extension du spectre vers le keV d’énergie de photons. L’équipe a désormais une source X femtoseconde unique au Canada dont le spectre s’étend dans la fenêtre spectrale de l’eau (284 à 543 eV). De plus, une nouvelle source laser parfaitement adaptée à la GHE a été développée, et dont la propriété intellectuelle a été protégée par l’INRS. Un spin-off a été créé afin de commercialiser la nouvelle source laser, Few-Cycles Inc.
Références
[1] Kyung Taec Kim, Chunmei Zhang, Andrew D. Shiner, Bruno E. Schmidt, François Légaré, D. M. Villeneuve, P. B. CorkumK. T. Kim, Nature Photonics, 7, 958-962 (2013)
[2] Bruno E. Schmidt, Nicolas Thiré, Maxime Boivin, Antoine Laramée, François Poitras, Guy Lebrun, Tsuneyuki Ozaki, Heide Ibrahim, François Légaré, Nature Communications, 5, 3643 (2014)
[3] Brevet CA2,845,245, EP12823509, US14/238,792, Date d’enregistrement : 13 février 2014.
Chercheurs impliqués
Pr. Légaré (INRS-ÉMT), M. Corkum (NRC and University of Ottawa)
Compagnie impliquée
Few-Cycles inc.
La contribution IRDQ
Dispersion de nanotubes de carbone
Page couverture du journal Chem Asian J. 1
+stable +efficace +intégré
Les nanotubes de carbone sont difficilement dispersables en raison de leur tendance à s’agréger, en particulier dans les solvants non polaires. Les recherches effectuées par l'équipe du professeur Claverie a pour la première fois réussi à générer des dispersions stables de nanotube de carbone, dans les alcanes et les solvants aromatiques, sans modifier chimiquement la surface du nanotube. Pour cela, l'équipe du Pr. Claverie a démontré que le cholestérol s'adsorbe sur les surfaces des nanotubes en formant de fortes interactions de type Pi-stack. Des copolymères contenant des groupements cholestérols permettent de stabiliser les dispersions de nanotube de carbone dans toute sorte de solvant, grâce à des interactions supramoléculaires.
Référence
[1] Nguendia, J.Z. Zhong, W., Fleury, A., De Grandpré, G., Soldera, A., Sabat. R.G., Claverie J.P., Chem. Asian. J., 5, 1356-1364 (2014)
Chercheurs impliqués
Prof Jerome Claverie (UQAM)
La contribution IRDQ
Technologie d'encapsulation par SiC
Image par MEB d'une encapsulation SiC (gauche); zoom de l'évent permettant aux gaz de s'échapper (droite) 1
+efficace +intégré
Le professeur El-Gamal a présenté une technologie d’encapsulation par couches minces pour les MEMS à très haute intégration sur tranches de silicium. La spécificité de cette technologie réside dans l’utilisation qu’elle fait du SiC comme principal élément de sa structure, et son procédé de fabrication est totalement compatible avec la technologie CMOS. Plusieurs dispositifs à MEMS exigent un enrobage, soit uniquement pour les protéger, soit pour améliorer leur performance. Ainsi, la demande pour ce type d’encapsulation des tranches de semi-conducteur et l’intérêt qu’on y porte croissent rapidement dans l’industrie. En plus de réduire considérablement le facteur de forme du dispositif enrobé final, cette nouvelle technologie améliore le rendement de la fabrication et réduit les coûts. Pour démontrer la faisabilité de cette nouvelle technologie, des jauges de Pirani ont été fabriquées, enrobées et scellées, et elles ont fonctionné comme prévu.
Référence
[1] Paul-Vahe Cicek, Qing Zhang, Tanmoy Saha, Sareh Mahdavi, Karim Allidina, Frederic Nabki and Mourad El Gamal J. Micromech. Microeng. 23 065013 (2013)
Chercheurs impliqués
Professor Mourad El-Gamal (McGill University), Professor Frederik Nabki (UQAM)
La contribution IRDQ
Équipement en vedette