Les encres pour nanomatériaux permettent la production rapide d’électronique imprimée
L’électronique imprimée (PE) promet de révolutionner l’industrie électronique grâce à sa capacité à imprimer des nanomatériaux directement sur des surfaces. Ces nanomatériaux peuvent avoir des propriétés conductrices, résistives, capacitives et semi-conductrices. En regard des techniques de fabrication traditionnelles de circuits imprimés et de semi-conducteurs, la PE offre des avantages en termes de coût, de performance et d’environnement. Le projet INSPIRED (INdustrial Scale Production of Innovative nanomateRials for printEd Devices), financé par l’UE, a été mis en place pour poursuivre le développement des technologies d’impression de nanomatériaux afin de répondre à la demande croissante. Le projet financé par l’UE a mené des projets pilotes pour la production de nanofils d’argent et de graphène, et a lancé sur le marché de nouveaux produits à partir des formulations de ces matériaux. La recherche de nanomatériaux adaptés Comparée aux techniques de fabrication actuelles de cartes de circuits et de semi-conducteurs, la PE est plus rentable, plus respectueuse de l’environnement et présente un rendement supérieur. Toutefois, si une migration conséquente vers les systèmes de PE à haut débit basés sur des liquides doit avoir lieu, des nanomatériaux à base d’encre adaptés doivent être développés et disponibles en quantités industrielles. Ces derniers devront également respecter les normes industrielles pertinentes et être compatibles avec les applications des utilisateurs finaux. Le coordinateur du projet, M. Andreas Rudorfer, ajoute que «la PE est souvent considérée comme un remplacement intégral de l’industrie des semi-conducteurs, mais ce n’est pas le cas. C’est un complément pour certaines applications et certains marchés où les avantages de la PE démontrent tout leur potentiel, comme le marché de l’affichage». INSPIRED a pour objectif de développer et de démontrer l’efficacité de l’impression en gros volume de nanomatériaux pour l’électronique imprimée comme: les cellules solaires (photovoltaïques en cuivre indium gallium (CIG PV)), les écrans tactiles capacitifs (CTS) et les écrans à cristaux liquides (LCD). INSPIRED a développé deux lignes pilotes pour déterminer la caractérisation des nanomatériaux, qui ont toutes deux progressé à un rythme très rapide. Les nanofils d’argent ont été synthétisés par des procédés de réduction chimique par voie humide, tandis que les nanoplaquettes de graphène ont été optimisées via une production d’exfoliation à grande échelle. En termes de formulation, des nanofils d’argent ont été créés et conviennent parfaitement aux processus de dépôt par pulvérisation en volume. Des nanoplaquettes de graphène ont été développées et ont pu apporter des propriétés améliorées une fois combinées aux nanofils d’argent. «Les aspects liés à la nanosécurité des matériaux et des processus ont été pris en compte tout au long du procédé, garantissant une manipulation sans danger des substances à risque. Pour concevoir une approche adaptée au projet, une stratégie de sécurité liée aux nanotechnologies a été élaborée en conformité avec REACH», déclare M. Rudorfer. Pour parvenir à un système d’impression à jet d’encre à grande vitesse et à grand volume, le fabricant d’équipements du consortium a créé un «Outil de frittage laser et d’impression pour grandes surfaces» capable de traiter des substrats jusqu’à 1,11 x 1,3 m pour les applications industrielles. Une importance stratégique pour l’économie de l’UE Le projet INSPIRED est une action de recherche et d’innovation à destination du secteur industriel en ligne avec les objectifs et la vision du programme Horizon 2020 sur les technologies industrielles, dans la mesure où elle renforce la base nanotechnologique des fabricants de l’UE. Comme le déclare M. Rudorfer: «INSPIRED aura un impact positif sur toute la chaîne de valeur du secteur de la PE, au bénéfice des fournisseurs de nanomatériaux, des fabricants d’encres, des imprimeurs, des équipementiers et de tous les secteurs de la fabrication à haute valeur en général.» Les matériaux et procédés développés par le projet conduisent déjà au déploiement de produits nouveaux et améliorés. Par exemple, Thomas Swan, partenaire du projet, a développé une ligne pilote pour des nanoplaquettes et des produits de graphène (sous la marque Elicarb®) déjà vendus aux fabricants de l’industrie et aux utilisateurs de composants. Pour faire avancer les travaux, l’équipe INSPIRED évalue les lignes pilotes afin de déterminer le potentiel de montée en gamme, puis elle modernisera ou remplacera les processus de production selon les besoins pour répondre aux exigences de fabrication et aux attentes du marché.
Mots‑clés
INSPIRED, électronique imprimée, nano, encre, fabrication, graphène, LCD, écrans tactiles capacitifs, cellules solaires, cartes de circuits imprimés, nanosécurité, nanomatériaux