Le diamant est surtout connu pour sa dureté. Une équipe de l’Université de Hong Kong montre pourtant que des membranes de diamant ultrafines peuvent produire une tension électrique lorsqu’elles sont pliées. Cette propriété ouvre une piste pour de petits capteurs et des dispositifs autonomes.
Le phénomène observé appartient à la piézoélectricité. Dans certains matériaux, une déformation mécanique déplace légèrement les charges électriques et crée une différence de potentiel. Le diamant était jusqu’ici considéré comme non piézoélectrique.
(A) Effet piézoélectrique de la membrane de diamant ultrafine lors de pressions et relâchements successifs.
(B) Chronologie des matériaux piézoélectriques découverts.
(C) Membrane de diamant de 5.08 cm de large et 1 μm d’épaisseur, avant et après déformation.
(D) La membrane se rapproche d’une tige chargée négativement et s’éloigne d’une tige chargée positivement, puis reprend sa forme initiale.
Les chercheurs n’ont pas utilisé une pierre taillée. Ils ont fabriqué une membrane de diamant polycristallin, suffisamment mince et souple pour être courbée sans se briser. Cette forme inhabituelle permet d’étudier la réponse du matériau aux déformations.
Lors des essais de flexion, la membrane a généré des signaux électriques stables. L’équipe a répété les tests mécaniques dans plusieurs conditions afin d’écarter notamment des perturbations externes ou des effets liés aux contacts entre matériaux.
L’explication se situerait aux limites entre les nombreux petits cristaux qui composent la membrane. Ces joints de grains ne présentent pas tous la même organisation atomique. Lorsqu’ils sont déformés, une polarisation électrique peut s’y accumuler.
Cette asymétrie crée alors une différence de potentiel entre les deux faces du film. Le mécanisme est différent de celui d’un cristal parfait, dont la structure très régulière ne produit pas ce même effet. Le matériau conserve ainsi ses propriétés mécaniques tout en gagnant une fonction électrique.
Cette combinaison est intéressante pour les systèmes miniaturisés. Le diamant résiste bien à l’usure, à la chaleur et à de nombreux environnements chimiques. Des membranes capables de détecter une déformation pourraient donc trouver place dans des capteurs destinés à des conditions extrêmes.
Les auteurs évoquent aussi des applications médicales, notamment pour des dispositifs implantables. Sa biocompatibilité et sa stabilité chimique constituent des atouts.
Le résultat concerne des membranes de diamant polycristallin ultrafines, et non les diamants ordinaires. Les prochaines recherches devront préciser la durabilité du procédé et sa fabrication à plus grande échelle. Elles diront si cet effet peut devenir une solution pratique pour alimenter ou équiper de minuscules appareils.