Un nouveau concept de matériau 2D pour des encres électroniques plus stables
Les encres électroniques constitueront un maillon essentiel de la chaîne d’événements qui aboutira à la présence d’appareils électroniques dans toutes les choses que nous utilisons, des vêtements aux livres en passant même par les emballages alimentaires. Une fois qu’elles seront entièrement mises au point, ces encres devraient permettre de se débarrasser de la plupart des contraintes techniques et conceptuelles tout en réduisant les coûts de production. Elles pourraient tout simplement servir de support idéal pour les nouveaux matériaux 2D, s’il n’existait pas plusieurs difficultés associées à leur préparation. Les encres électroniques sont généralement constituées de matériaux électroniques dispersés et, dans le cas des matériaux 2D, d’une longue liste d’additifs. Mais il y a un inconvénient: alors que leur préparation nécessite des matériaux électroniques de grande pureté, incorporer des additifs dans les encres réduit les performances de ces matériaux. Le projet 2D-INK, financé par l’UE, s’est attaqué à ce problème en développant une nouvelle approche pour la conception des encres 2D. Comme le souligne le professeur Aurelio Mateo, coordinateur du projet pour le compte de POLYMAT (l’Institut des matériaux polymères de l’Université du Pays basque): «C’est très difficile, car les matériaux 2D ressemblent à des feuilles de papier qui ont tendance à s’empiler, et qui ne peuvent donc pas être transformés en encres.» Les encres innovantes de 2D-INK ne sont toutefois pas constituées de matériaux 2D ordinaires. Elles possèdent la même structure que des feuilles de papier froissées, ce qui les empêche de s’empiler et permet de les mélanger avec des liquides pour former des encres stables. «Ça n’a pas été facile d’y parvenir», déclare le professeur Mateo. «Le projet, dans son ensemble, a été en proie à beaucoup de difficultés. Pour vous donner un exemple, une fois que nous avons synthétisé les nouveaux matériaux, nous avons dû nous assurer qu’ils pouvaient effectivement être incorporés dans les encres. En l’absence de techniques disponibles pour déterminer leur structure, il a fallu en développer parallèlement au processus de synthèse. De même, être capable de produire une encre ne signifie pas qu’elle aura nécessairement les propriétés que vous recherchez.» Le consortium a réussi à surmonter ces difficultés grâce aux efforts conjugués de différents groupes de recherche possédant une expertise dans différents domaines de la chimie et de la physique. Comme le reconnaît volontiers le professeur Mateo, il lui aurait été impossible d’y parvenir tout seul. De la synthèse à la commercialisation L’équipe 2D-INK a déjà exploré plusieurs applications potentielles en plus de la fabrication de dispositifs électroniques, comme la modification d’électrodes pour l’électrocatalyse ou des applications de stockage d’énergie. De telles applications pourraient voir le jour grâce à la poursuite de la collaboration avec Graphenea, une société ayant activement contribué à la formulation et à la caractérisation des encres sur les nouveaux matériaux 2D du projet. Comme le souligne le professeur Mateo: «Les matériaux 2D dispersés dans des phases liquides suscitent un vif intérêt, car on s’attend à ce qu’ils réduisent les coûts de fabrication des dispositifs et des produits intégrant les propriétés des matériaux 2D.» Graphenea a récemment été séparé en deux divisions distinctes, l’une d’entre elles étant consacrée aux matériaux 2D dispersés dans des liquides. Il n’existe toujours pas de plan de commercialisation, car il faut encore répondre à plusieurs questions fondamentales en ce qui concerne les performances de ces nouvelles encres. Le professeur Mateo est néanmoins convaincu qu’il sera possible, une fois que ces questions auront été résolues, de commencer à rechercher le bon équilibre entre coût et performances pour la fabrication d’un produit.
Mots‑clés
2D-INK, encre électronique, additifs, synthèse d’encre
