Une nouvelle plateforme pour la conception contrôlée d’électronique imprimée avec des matériaux 2D

Une nouvelle plateforme pour la conception contrôlée d'électronique imprimée avec des matériaux 2D

Illustration des encres constituant un exemple de dispositif, avec un graphique montrant leurs conductivités. Crédit : Felice Torrisi

Une étude publiée aujourd’hui dans Nature Électronique, dirigé par des chercheurs de l’Imperial College London et du Politecnico di Torino, révèle les mécanismes physiques responsables du transport de l’électricité dans les matériaux imprimés en deux dimensions (2D).

Le travail identifie les propriétés des films de matériaux 2D qui doivent être modifiées pour fabriquer des appareils électroniques sur commande, permettant la conception rationnelle d’une nouvelle classe d’électronique imprimée et flexible haute performance.

Les puces de silicium sont les composants qui alimentent la plupart de nos appareils électroniques, des trackers de fitness aux smartphones. Cependant, leur nature rigide limite leur utilisation en électronique flexible. Composés de couches d’un seul atome d’épaisseur, les matériaux 2D peuvent être dispersés en solution et formulés en encres imprimables, produisant des films ultrafins extrêmement flexibles, semi-transparents et dotés de nouvelles propriétés électroniques.

Cela ouvre la possibilité de nouveaux types d’appareils, tels que ceux qui peuvent être intégrés dans des matériaux flexibles et extensibles, comme des vêtements, du papier ou même des tissus dans le corps humain.

Auparavant, les chercheurs avaient construit plusieurs dispositifs électroniques flexibles à partir d’encres imprimées en 2D, mais il s’agissait de composants uniques de « preuve de concept », conçus pour montrer comment une propriété particulière, telle qu’une mobilité élevée des électrons, la détection de la lumière ou la charge le stockage peut être réalisé.

Cependant, sans savoir quels paramètres contrôler pour concevoir des dispositifs de matériaux imprimés 2D, leur utilisation généralisée a été limitée. Aujourd’hui, l’équipe de recherche internationale a étudié comment la charge électronique est transportée dans plusieurs films imprimés à jet d’encre de matériaux 2D, montrant comment elle est contrôlée par les changements de température, de champ magnétique et de champ électrique.

L’équipe a étudié trois types typiques de matériaux 2D : le graphène (un « semi-métal » construit à partir d’une seule couche d’atomes de carbone), le bisulfure de molybdène (ou MoS2, un ‘semi-conducteur’) et du carbure de titane MXene (ou Ti3C2, un métal) et cartographié comment le comportement du transport de charge électrique a changé dans ces différentes conditions.

Le chercheur principal, le Dr Felice Torrisi, du département de chimie de l’Impériale, a déclaré : « Nos résultats ont un impact énorme sur la façon dont nous comprenons le transport à travers les réseaux de matériaux bidimensionnels, permettant non seulement la conception et l’ingénierie contrôlées des futurs imprimés l’électronique basée sur des matériaux 2D, mais aussi de nouveaux types d’appareils électroniques flexibles.

« Par exemple, notre travail ouvre la voie à des dispositifs portables fiables adaptés aux applications biomédicales, telles que la surveillance à distance des patients, ou des dispositifs bio-implantables pour la surveillance à long terme des maladies dégénératives ou des processus de guérison. »

Ces futurs dispositifs pourraient un jour remplacer les procédures invasives, telles que l’implantation d’électrodes cérébrales pour surveiller les conditions dégénératives qui affectent le système nerveux. Les électrodes ne peuvent être implantées que de manière temporaire et sont inconfortables pour le patient, alors qu’un dispositif flexible en matériaux 2D biocompatibles pourrait être intégré au cerveau et assurer une surveillance constante.

D’autres applications potentielles dans le domaine de la santé incluent des appareils portables pour surveiller les soins de santé, des appareils tels que des montres de fitness, mais plus intégrés au corps, fournissant des données suffisamment précises pour permettre aux médecins de surveiller les patients sans les amener à l’hôpital pour des tests.

Les relations que l’équipe a découvertes entre le type de matériau 2D et les commandes de transport de charge électrique aideront d’autres chercheurs à concevoir des dispositifs de matériau 2D imprimés et flexibles avec les propriétés qu’ils souhaitent, en fonction de la façon dont ils ont besoin de la charge électrique pour agir.

Ils pourraient également révéler comment concevoir des types entièrement nouveaux de composants électriques impossibles à utiliser avec des puces en silicium, tels que des composants transparents ou ceux qui modifient et transmettent la lumière de nouvelles manières.

Le co-auteur, le professeur Renato Gonnelli, du Politecnico di Torino, en Italie, a déclaré : « La compréhension fondamentale de la façon dont les électrons sont transportés à travers des réseaux de matériaux 2D sous-tend la façon dont nous fabriquons des composants électroniques imprimés. En identifiant les mécanismes responsables d’un tel transport électronique. , nous serons en mesure d’atteindre la conception optimale de l’électronique imprimée haute performance. »

Le co-premier auteur Adrees Arbab, du Cambridge Graphene Center et du Département de chimie de l’Impérial, a déclaré : « De plus, notre étude pourrait libérer les nouveaux dispositifs électroniques et optoélectroniques exploitant les propriétés innovantes du graphène et d’autres matériaux 2D, tels que des haute mobilité, transparence optique et résistance mécanique.


Impression d’électronique portable flexible pour les applications d’appareils intelligents


Plus d’information:
Mécanismes de transport de charges dans des transistors à couche mince imprimés par jet d’encre à base de matériaux bidimensionnels, Nature Électronique (2021). DOI : 10.1038 / s41928-021-00684-9

Fourni par l’Imperial College de Londres

Citation: Une nouvelle plateforme de conception contrôlée d’électronique imprimée avec des matériaux 2D (2021, 21 décembre) récupéré le 21 décembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-12-platform-electronics-2d-materials.html

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