Réalisation de fenêtres optiques actives anti-reflets en diamant visant des propriétés omniphobes – D-FACTO

Dans le projet D-FACTO, nous proposons de concevoir et de réaliser des fenêtres optiques actives en diamant nanostructuré, combinant à la fois des propriétés anti-reflets, superhydrophobe, glaciophobe et anti-salissure. Ce projet de recherche est motivé par les résultats très prometteurs obtenus dans le cadre du projet ANR ASTRID F-MARS (2019-2022), coordonné par Thales Research & Technology (TRT). Dans ce projet, TRT a d’ores et déjà montré sa capacité à simuler et fabriquer des fenêtres « multifonctionnelles » aux propriétés anti-reflets large-bande et large incidence, superhydrophobes et anti-pluie dans les domaines du Visible, Moyen Infra-Rouge et Lointain Infra-Rouge, en développant des procédés de nanostructuration du verre, du silicium et du germanium respectivement.
Ces fenêtres optiques visent à répondre aux besoins de nombreux systèmes optiques et optroniques utilisés dans les domaines civils et militaires : systèmes de surveillance terrestres et maritimes, senseurs aéroportés pour la détection de menaces, caméras des trains autonomes, etc. Toutefois, le caractère superhydrophobe de ces fenêtres, fondamental pour certaines de ces applications, ne protège ces systèmes, par exemple, ni de la formation de biofilms divers (marins, hydrocarbures…), ni de la formation de givre.
Le but du projet D-FACTO est d’étendre la multifonctionnalité de ces surfaces optiques, en élaborant des fenêtres robustes « actives » en diamant permettant de les doter de propriétés anti-salissure et anti-givre à l’aide d’un faible courant électrique, couplé (ou non) à une fonctionnalisation de surface adéquate. En effet, le diamant possède des qualités intrinsèques d’intérêt : en plus de posséder de très bonnes propriétés mécaniques, il est transparent dans les gammes allant du visible au LWIR et il est un excellent conducteur thermique. Une fois dopé, il possède des propriétés électrochimiques remarquables, parmi lesquelles la capacité d’un auto-nettoyage électrochimique de sa surface et donc des propriétés anti-salissures.
Les travaux du consortium, constitué de deux partenaires académiques, le CEA-LIST et l'ILV, et d’un industriel (TRT), porteront d’une part sur le développement de procédés préindustriels de réalisation de fenêtres optiques à base de diamant de synthèse qui bénéficieront des ses avantages optiques, mécaniques, et de la « flexibilité » physicochimique à des fins d’applications anti-salissures, antigivre et antireflets. Ils porteront d’autre part sur la compréhension et l’optimisation des phénomènes en jeu lors des mécanismes d’auto nettoyage et d’antigivre de ces fenêtres dites « actives ». La manipulation des surfaces par électrochimie du diamant, ou bien par des traitements de surface plus classiques, doivent permettre de moduler ses capacités omniphobes. Le consortium disposera ainsi de différentes possibilités de fonctionnalisation très originales pour une adaptation physico-chimique optimale.
Au regard de l’état de l’art, les défis du projet D-FACTO sont les suivants :
• Développer un procédé grandes surfaces (2-3 pouces) de nanostructuration du diamant pour une application antireflet dans le Vis, MWIR et LWIR.
• Caractériser et optimiser la croissance de diamant dopé en prenant en compte les contraintes applicatives (respect des spécifications optiques, nature des substrats dans le cas de fenêtres « hydrides » diamant/silicium, diamant/germanium, etc.).
• Optimiser les propriétés physico-chimiques de la surface du diamant post-procédé de nanostructuration et développer une ingénierie chimique spécifique basée sur divers traitements de surface : chimie « electroless », assistance électrochimique, voie plasma, etc.
• Mettre en place une méthodologie de caractérisation robuste, capable de combiner l’analyse fine de mouillabilité et l’analyse chimique par photoémission ou émission Auger du diamant, dans le but de guider le consortium dans l’optimisation de la fonctionnalisation des nanostructures.