Encres de graphène pour l'électronique

Propriétés du graphène pour l'électronique

Le graphène est une couche de carbone uni-plan dont la structure est celle d'un réseau hexagonal. Il présente une mobilité élevée des électrons, qui peut atteindre 200 000 cm²/V-s en laboratoire. Ces caractéristiques lui permettent d'accélérer la vitesse des signaux électroniques. Le graphène possède également une conductivité thermique élevée, dont les valeurs sont généralement comprises entre 2 000 et 5 000 watts par mètre et par kelvin. Il convient donc aux applications à forte charge thermique. En outre, le graphène présente une résistance élevée, mais aussi une grande souplesse. Sa résistance à la traction est comparable à celle de 100 gigapascals. La plupart des applications d'électronique imprimée ont utilisé le graphène en raison de sa résistance mécanique et de sa légèreté. Ces propriétés sont à l'origine de la réduction du poids et de l'amélioration de la robustesse des cartes de circuits imprimés et des écrans flexibles.

Que sont les encres au graphène ?

Les encres au graphène sont des suspensions liquides contenant des particules de graphène hautement dispersées. Ces encres peuvent être utilisées avec différentes technologies d'impression. Elles permettent de déposer des films fins et conducteurs sur divers substrats tels que le verre, le papier ou le plastique. Le graphène est le matériau conducteur utilisé dans les encres. Sa forme liquide lui permet de se répandre rapidement sur de grandes surfaces. Les encres au graphène sont précieuses pour la majorité des industries, car elles sont peu coûteuses et offrent un moyen très performant d'imprimer des composants électroniques.

Types d'encres de graphène

Il existe différents types d'encres au graphène. Certaines contiennent des solvants à base d'eau, d'autres des solvants organiques. Les encres au graphène à base d'eau sont importantes parce qu'elles sont pures et sûres. Toutefois, les formes d'encre composées de solvants organiques peuvent offrir une meilleure dispersion du graphène dans certaines applications. Il existe d'autres types d'encres, comme les encres au graphène modifiées par des polymères. Dans ces types d'encres, des polymères sont mélangés au graphène afin d'en améliorer l'adhérence et la flexibilité. Chaque type est sélectionné en fonction de son application et du substrat sur lequel il sera imprimé.

Techniques de formulation et de dispersion

Pour préparer les encres au graphène, il faut d'abord utiliser des poudres de graphène de haute qualité. Celles-ci doivent être dispersées de manière homogène dans un milieu liquide. La sonication et le broyage à billes sont des méthodes couramment utilisées pour la dispersion. La sonication désintègre les grappes de graphène, ce qui permet leur distribution homogène. Des agents dispersants ou des surfactants sont ajoutés pour empêcher la réagrégation des feuilles de graphène. Le solvant joue un rôle important. Un solvant compatible stabilise le graphène pendant de longues périodes. Des scientifiques compétents ont indiqué que la combinaison appropriée de solvant, de surfactant et de concentration de graphène est essentielle. C'est pourquoi la formulation permet d'obtenir des encres à haute conductivité et à texture uniforme.

Méthodes d'impression et compatibilité

Différentes technologies d'impression sont utilisées avec les encres au graphène. L'impression à jet d'encre est largement utilisée car elle permet d'obtenir une résolution fine des motifs sur des substrats souples ou rigides. La sérigraphie est également très répandue. Elle est idéale pour les films plus épais et pour ceux qui doivent être durables. L'impression par jet d'aérosol a également été utilisée pour obtenir une haute résolution dans des zones localisées. La compatibilité des encres au graphène avec les technologies d'impression susmentionnées dépend des temps de séchage et du contrôle de la viscosité. D'après l'expérience pratique de l'industrie, la meilleure combinaison de la formulation de l'encre et de la technologie d'impression peut permettre d'obtenir des modèles et des dispositifs électroniques reproductibles.

Applications dans l'électronique

Les encres au graphène ont été utilisées dans de nombreuses applications électroniques. Elles sont utilisées dans les cartes de circuits imprimés, les écrans flexibles et les antennes RFID. Par exemple, une antenne imprimée sur un substrat polymère flexible peut servir d'option de communication sans fil à faible coût. Certains capteurs imprimés utilisent des encres de graphène pour détecter les fluctuations de température ou les gaz. Les encres au graphène sont utilisées pour imprimer des pistes conductrices dans les cellules solaires. Dans un cas, une cellule solaire imprimée à faible coût a utilisé de l'encre de graphène pour améliorer la conduction de l'électricité sur un substrat flexible. En outre, des dispositifs de mémoire et des transistors imprimés ont utilisé des encres de graphène en raison de leurs vitesses de commutation élevées. Dans chacune de ces applications, les encres au graphène permettent d'obtenir des composants électroniques légers et flexibles.

Conclusion

Les encres au graphène ouvrent de nouvelles perspectives dans le domaine de l'électronique imprimée. Elles combinent les propriétés exceptionnelles du graphène et la polyvalence de la formulation liquide. Leur gestion thermique, leur résistance mécanique et leur conductivité élevée ouvrent la voie à des applications électroniques variées. Le choix de la forme appropriée d'encre au graphène dépend de l'application envisagée et de la technique d'impression souhaitée.

Questions fréquemment posées

F : À quoi servent les encres au graphène ?

Q : Elles sont utilisées pour imprimer des composants électroniques tels que des capteurs, des antennes et des circuits sur des substrats.

F : Comment le graphène est-il maintenu stable dans les encres ?

Q : Le graphène est stabilisé par des surfactants, la sonication et des solvants appropriés qui empêchent l'agrégation.

F : Les encres de graphène à base d'eau sont-elles commercialement sûres ?

Q : Les encres au graphène à base d'eau sont sûres, écologiques et efficaces pour la majorité des applications électroniques.