Réfrigérateurs moins chers? Des prothèses plus solides? Une meilleure compréhension des maladies humaines? Ceci et bien d'autres seront peut-être possibles un jour, grâce à un nouveau projet ambitieux du NIST, l'Institut national des normes et de la technologie aux États-Unis.
Les chercheurs du NIST en sont aux premiers stades d'une entreprise colossale. Celle de concevoir et de construire un parc de minuscules nano-thermomètres ultra-sensibles. En cas de succès, leur système sera le premier à effectuer des mesures de température en temps réel à une échelle microscopique. Le projet s'appelle Imagerie et contrôle magnétiques thermiques (Thermal MagIC).
Température en temps réel au niveau microscopique
Les chercheurs affirment que Thermal MagIC pourrait révolutionner les mesures de température dans de nombreux domaines : biologie, médecine, synthèse chimique, réfrigération, automobile, fabrication de matériaux. "Les nano-thermomètres pourraient être utiles dans tous les domaines où la température joue un rôle fondamental", a déclaré le physicien du NIST. Cindi Denis. "C'est pratiquement partout."
L'équipe du NIST a maintenant terminé la construction de ses espaces de laboratoire personnalisés pour ce projet unique et a commencé la première phase majeure de l'expérience.
Comment fonctionne Thermal MagIC
Thermal MagIC fonctionnera en utilisant des objets de taille nanométrique dont les signaux magnétiques changent avec la température.
Les objets seraient incorporés dans les liquides ou solides étudiés: par exemple, du plastique fondu à utiliser dans le cadre d'un remplacement d'articulation artificielle ou du réfrigérant liquide provenant d'un réfrigérateur. Un système de télédétection pourrait alors capter ces signaux magnétiques, ce qui signifie qu'il s'agirait d'un système sans fil.
Le produit final pourrait rendre les mesures de température 10 fois plus précises que les techniques les plus avancées, acquises en un dixième du temps dans un volume 10.000 XNUMX fois plus petit.
Ce que cela signifie, en chiffres
Avant de terminer leur nouvel espace de laboratoire, les chercheurs du NIST ont pu terminer des travaux importants. Dans un article publié le mois dernier dans l'International Journal on Magnetic Particle Imaging, l'équipe a rapporté avoir trouvé et testé un nanomatériau "prometteur" composé de fer et de cobalt, avec une sensibilité à la température variable de manière contrôlée. Une étape qui a rapproché l'équipe de la création d'une nanoparticule sensible à la température, pièce maîtresse d'un système comme Thermal MagIC.
Les nano-thermomètres NIST pourraient prendre des mesures précises à moins de 25 millikelvins (millièmes de kelvin) en seulement un dixième de seconde, dans un volume de seulement cent micromètres (millionièmes de mètre) par côté.
Le système vise à mesurer des températures comprises entre 200 et 400 kelvins (K), soit -70 à 126 degrés Celsius. La gamme couvrirait la plupart des applications potentielles qui, selon l'équipe Thermal MagIC, seront possibles dans les 5 prochaines années. Dennis et ses collègues voient le potentiel d'une plage de température beaucoup plus large, qui s'étend de -270 à +320 degrés. Cela comprendrait tout, des supraconducteurs super-refroidis au plomb fondu. Mais cela ne fait pas partie des plans de développement actuels.
C'est un changement assez important. Si nous pouvons y arriver, des choses peuvent être faites que nous ne pouvons même pas imaginer à l'heure actuelle. Le nouveau projet du NIST visant à construire des nano-thermomètres pourrait révolutionner l'imagerie de la température.
Cindi Dennis, physicienne du NIST
Quelles applications auraient les nano-thermomètres?
Qu'il s'agisse du thermostat de votre salon ou d'un instrument de haute précision pour les mesures de laboratoire, la plupart des thermomètres utilisés aujourd'hui ne peuvent mesurer que des surfaces relativement grandes, au niveau macroscopique plutôt qu'au niveau microscopique.
ces thermomètres conventionnels ils sont également intrusifs et nécessitent des capteurs pour pénétrer dans le système à mesurer et se connecter à un système de lecture via des câbles volumineux.
I thermomètres infrarouges, comme les outils frontaux utilisés dans de nombreux cabinets de médecins, ils sont moins intrusifs. Cependant, eux aussi ne prennent que des mesures macroscopiques et ne peuvent pas voir sous les surfaces.
Thermal MagIC devrait permettre aux scientifiques de contourner ces deux limitations.
Les ingénieurs pourraient utiliser Thermal MagIC pour étudier, pour la première fois, comment le transfert de chaleur se produit dans différents réfrigérants à l'échelle microscopique, et tester systèmes de réfrigération moins chers et énergivore. Ils nous servent comme du pain.
Les médecins pourraient utiliser Thermal MagIC pour étudier les maladies, dont beaucoup sont associés à des augmentations de température (une caractéristique de l'inflammation) dans des parties spécifiques du corps.
Et les fabricants pourraient utiliser le système pour mieux contrôler les machines d'impression 3D qui fusionnent les plastiques pour créer des objets personnalisés tels que des implants médicaux et des prothèses.
