Comprendre la conductivité dans les films imprimés pour les appareils électroniques flexibles
Les chercheurs ont identifié comment les électrons sont transportés à travers des matériaux 3D clés pour le développement de composants pouvant être intégrés dans les textiles, le papier et même les tissus humains.
Les chercheurs ont fait une percée en travaillant avec la conductivité des matériaux bidimensionnels (2D) qui ouvre la voie à des dispositifs électroniques flexibles à haute performance utilisant des semi-transparents, flexibles et les films ultra-minces pouvant être fabriqués à partir de ces matériaux.
Une équipe de collaborateurs scientifiques de L’Imperial College de Londres et le Politecnico di Torino en Italie ont démontré comment l’électricité est transportée dans des matériaux imprimés en 2D, révélant les mécanismes physiques qui rendent la conductivité possible.
Cette découverte identifie les propriétés des films de matériaux 2D que les scientifiques doivent modifier pour fabriquer des appareils électroniques sur commande, permettant le remplacement des puces de silicium rigides dans les appareils électroniques et donc une gamme de produits plus flexible, ont déclaré les chercheurs. Celles-ci incluent l’intégration de l’électronique dans des textiles extensibles, du papier ou même des tissus à l’intérieur du corps humain, ont-ils déclaré.
« Nos résultats [enable] non seulement la conception et l’ingénierie contrôlées de la future électronique imprimée basée sur des matériaux 2D, mais aussi de nouveaux types de dispositifs électroniques flexibles », a expliqué Felice Torrisi, professeur au département de chimie de l’Imperial College.
Les travaux peuvent faciliter la conception de dispositifs portables fiables adaptés aux applications biomédicales – telles que la surveillance à distance des patients – ou de dispositifs bio-implantables pour la surveillance à long terme des maladies dégénératives ou des processus de guérison, a-t-il déclaré.
Comprendre le transport d’électrons
Les scientifiques ont déjà développé des dispositifs électroniques flexibles à partir d’encres matérielles 2D. Cependant, jusqu’à présent, tous ces dispositifs ont été des preuves de concept avec une utilisation ou une viabilité limitée pour une application commerciale ou industrielle.
Le principal inconvénient est que les scientifiques ne comprenaient pas parfaitement comment la charge électronique est transportée à travers les matériaux 2D, ce que l’équipe collaborative a réalisé dans son travail. C’est essentiel car cela « soutient la façon dont nous fabriquons des composants électroniques imprimés », a déclaré Renato Gonnelli, professeur au Politecnico di Torino.
« En identifiant les mécanismes responsables d’un tel transport électronique, nous pourrons parvenir à la conception optimale d’une électronique imprimée haute performance », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.
Plus précisément, les chercheurs ont étudié trois types de matériaux 2D largement utilisés : le graphène à base de carbone ; bisulfure de molybdène ou MoS2; et carbure de titane MXene ou Ti3C2. Pour chacun, ils ont cartographié comment le comportement du transport de charge électrique a changé dans des conditions spécifiques, telles que les changements de température, de champ magnétique et de champ électrique, ont-ils déclaré.
Conception de nouveaux dispositifs
Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue Électronique naturelle.
Les relations que l’équipe a découvertes entre le type de matériau 2D et les contrôles sur le transport de la charge électrique peuvent aider d’autres scientifiques à concevoir des appareils électroniques imprimés et flexibles avec les propriétés qu’ils souhaitent en fonction de la façon dont ils ont besoin de la charge électrique pour se comporter, ont déclaré les chercheurs.
Les chercheurs peuvent également utiliser les films de matériaux 2D pour créer des types entièrement nouveaux de composants électriques – tels que des composants transparents ou des composants qui modifient et transmettent la lumière de nouvelles manières – qui ne peuvent actuellement pas être construits en raison des limites des puces en silicium, ils ont dit.
En outre, les travaux peuvent éclairer la conception de nouveaux dispositifs électroniques et optoélectroniques qui tirent parti des propriétés innovantes du graphène et d’autres matériaux 2D, telles que la mobilité élevée, la transparence optique et la résistance mécanique, ont ajouté les chercheurs.
