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L’impression de nanomatériaux par dépôt au jet de plasma - Par : Luis Felipe Gerlein Reyes,

L’impression de nanomatériaux par dépôt au jet de plasma


Luis Felipe Gerlein Reyes
Luis Felipe Gerlein Reyes Profil de l'auteur(e)
Luis Felipe Gerlein est étudiant au doctorat à l’ÉTS. Ses recherches portent sur la nanofabrication et la caractérisation de dispositifs optoélectroniques à base de chalcogénures de plomb, de nanostructures à base de carbone et de matériaux pérovskite.
Programme : Génie électrique 

Des chercheurs du Ames Research Center de la Nasa et du SLAC National Accelerator, en Californie, ont dernièrement fait état d’une nouvelle solution d’impression qui vise à répondre à la demande, toujours croissante, de création de composants électroniques souples qu’il est possible de fixer à une myriade de surfaces, portables, souples et inégales.

Les chercheurs présentent, dans leur publication, une méthode qui fait passer un plasma d’hélium à travers une buse conçue spécialement à cet effet et qui, en même temps, transporte le matériau d’intérêt sous forme atomisée. Le plasma d’hélium concentre le dépôt du matériau sur la surface pour produire une fine couche uniforme, à la manière d’un pistolet de peinture, mais à échelle réduite et pour des matériaux normalement imprimés par jet d’encre ou par aérosol.

L’impression par jet d’encre à échelle nanométrique nécessite la dissolution du matériau dans un liquide, comme pour en faire de l’encre. Malheureusement, les nanomatériaux ne se dissolvent pas tous bien en encre, c’est-à-dire qu’une fois dissous, ils ne sont pas assez fluides et homogènes pour empêcher l’obturation des buses de jet. En outre, l’impression par jet d’encre n’est possible que sur certains types de substrats plutôt fermes, comme le papier et l’acétate, et est assez peu pratique dans le cas d’impression sur des substrats souples ou tridimensionnels.

Le dépôt de nanomatériaux au moyen de l’impression à jet aérosol, quant à lui, permet d’imprimer sur une plus grande variété de substrats ou de surfaces. Cependant, le frittage nécessaire à l’amélioration de la qualité des films déposés se fait à haute température, des centaines de degrés parfois, ce qui entraîne la combustion de la plupart des substrats organiques. Les nanomatériaux qui ne brûlent pas ou dont la structure n’est pas modifiée à haute température sont aussi limités.

Le principe de fonctionnement du dispositif étudié est semblable à l’effet de pulvérisation de l’impression à jet aérosol. L’ajout du gaz à l’état plasma, en faisant circuler de l’hélium dans un champ électrique sous haute tension, permet d’obtenir une impression dense et directionnelle du matériau pulvérisé. Il s’ensuit des films très denses dont le rendement électrique est deux ordres de grandeur supérieur à celui des films créés au moyen de l’impression aérosol standard. Le dispositif offre en outre l’avantage de former le plasma à la pression atmosphérique; la température autour du point de dépôt avoisine les 40 °C (104 °F).

Jet de plasma

Comparaison entre jet aérosol et jet au plasma. À gauche : le matériau imprimé se disperse facilement, il y a perte de matériau et le dépôt n’est pas uniforme. À droite : le matériau imprimé est maintenu à proximité du jet de plasma, le dépôt obtenu est beaucoup plus dense. SOURCE : Ames Research Center de la Nasa

Grâce à cette température de fonctionnement, il est possible d’utiliser des substrats en papier, en plastique ou en tissu pour de toutes nouvelles applications de détection ou de communication. « Vous pouvez vous en servir pour effectuer des dépôts de matériaux sur du papier, du plastique, du coton ou tout autre textile », a déclaré Meyya Meyyappan, chercheur au Ames Research Center de la Nasa et l’un des auteurs de l’étude.

Pourquoi l’impression de nanomatériaux est-elle importante?

Grâce à l’impression de nanomatériaux sur pratiquement n’importe quelle surface, sur des structures tridimensionnelles et sur des tissus, les produits intelligents sont à nos portes et l’Internet des objets est plus proche que jamais. Nous pourrions contrôler toutes sortes d’états physiologiques par nos vêtements, imprimer des détecteurs sous forme de pansements flexibles et adaptables à la forme de toutes les parties du corps, ou des détecteurs de gaz en papier facilement remplaçables une fois utilisés.

Les auteurs de l’étude ont imprimé sur papier des électrodes de nanotubes de carbone multiparois qu’ils ont utilisés pour détecter la présence d’ammoniac, et ce, jusqu’à une concentration aussi faible que 10 parties par million. Ces performances sont aussi bonnes que celles de détecteurs fabriqués sur un substrat de silicone ainsi que celles de composants électroniques imprimés, mais à une fraction du coût seulement.

On peut consulter la publication ici.

Luis Felipe Gerlein Reyes

Profil de l'auteur(e)

Luis Felipe Gerlein est étudiant au doctorat à l’ÉTS. Ses recherches portent sur la nanofabrication et la caractérisation de dispositifs optoélectroniques à base de chalcogénures de plomb, de nanostructures à base de carbone et de matériaux pérovskite.

Programme : Génie électrique 

Chaire de recherche : Chaire de recherche du Canada sur les matériaux et composants optoélectroniques hybrides 

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