Des circuits entièrement intégrés ont pu être directement imprimés sur du tissu

Pour que l'électronique portable puisse se banaliser, une avancée majeure est nécessaire afin de la rendre lavable, étirable et respirante. En utilisant des techniques conventionnelles de jet d'encre à la fois bon marché, sûres et écologiques, des chercheurs ont pu imprimer un matériau 2D directement sur des tissus, créant ainsi des circuits électroniques.

Des chercheurs ont réussi à imprimer des matériaux bidimensionnels comme du graphène (une couche unique de carbone dans un réseau hexagonal), directement sur des textiles, permettant de produire des circuits électroniques intégrés portables. Le procédé d'impression à jet d'encre utilisé a été basé sur des techniques standard, ce qui contribue à assurer la durabilité, le faible coût et l'évolutivité de ces nouveaux dispositifs électroniques à base de tissu.

Perfectionner l'impression des matériaux 2D

Dans un article paru dans la revue Nature Communications, les chercheurs expliquent comment ils ont conçu des encres non toxiques à point d'ébullition bas, qui ont été directement imprimées sur un textile en polyester. Ce procédé a démontré la viabilité de circuits intégrés imprimés portables capables de fonctionner à température et pression ambiantes. Point essentiel, cette nouvelle approche a permis aux chercheurs de surpasser le procédé conventionnel qui crée des transistors uniques, car ils ont pu imprimer des circuits électroniques intégrés entiers.

L'équipe a constaté que la rugosité des textiles influençait les propriétés électriques de l'électronique et que le lissage de la surface des textiles, obtenu en utilisant une 'couche de planarisation', leur a permis d'améliorer les performances des dispositifs imprimés.

La polyvalence de cette technique en constitue l'un des principaux avantages par rapport aux alternatives. La majorité des dispositifs électroniques portables actuels sont créés à partir de composants relativement rigides montés sur des matériaux portables tels que des textiles, du plastique ou du caoutchouc. Ils sont souvent peu pratiques et inconfortables, car ils sont mal adaptés au corps humain et ne sont pas respirants, par exemple. Ils peuvent d'autre part être facilement endommagés au cours du lavage. Le produit réalisé par l'équipe est à la fois confortable et capable de supporter jusqu'à 20 cycles de lavage dans une machine standard.

Selon le Dr Felice Torrisi du Cambridge Graphene Centre, auteur principal de l'article, un autre avantage de cette technique tient à ce que, comme il l'a déclaré à EurekAlert, "les autres encres destinées à l'électronique imprimée nécessitent des solvants toxiques et ne sont pas appropriées pour être portées, alors que nos encres sont à la fois bon marché, sûres et écologiques, et qu'elles peuvent être combinées pour créer des circuits imprimés en imprimant de façon simple différents matériaux bidimensionnels sur du tissu."

L'équipe a tiré parti du fait que le graphène et le nitrure de bore hexagonal sont des matériaux minces 2D à l'échelle atomique, et qu'ils peuvent donc être facilement disposés pour créer des structures dotées de nouvelles propriétés, qui vont au-delà de celles de leurs composants individuels. Cela signifie que les propriétés conductrices, isolantes ou semi-conductrices des matériaux 2D peuvent être exploitées pour obtenir les performances requises.

Une complexité et des performances évolutives

Cette technologie a un grand nombre d'applications potentielles, depuis les dispositifs portables qui surveillent la santé et le bien-être personnels, jusqu'à l'augmentation des capacités militaires. L'un des domaines qui devraient bénéficier de ces développements est l'Internet des objets. Comme le prévoit le Dr Torrisi, "Grâce aux nanotechnologies, nos vêtements pourront intégrer ces dispositifs électroniques à base de textile, tels que des écrans ou des capteurs, et devenir interactifs."

L'utilisation d'encres à base de graphène ou d'autres matériaux 2D similaires pour créer des composants et dispositifs électroniques pouvant être intégrés de façon transparente aux tissus, est à l'avant-garde des efforts pour créer des textiles intelligents. Les textiles intelligents peuvent eux-mêmes être considérés comme s'inscrivant dans un effort plus vaste destiné à combler le fossé entre la technologie et les objets du quotidien, ce que l'on appelle souvent "l'informatique ubiquitaire."

Les auteurs de cet article de recherche font partie du consortium Graphene Flagship, une initiative de recherche et d'innovation paneuropéenne d'une durée 10 ans et financée conjointement par l'UE et les États membres et pays associés. Le consortium a été mis en place pour soutenir les initiatives destinées à exploiter le potentiel du graphène et des technologies liées, afin de mettre des applications sur le marché.

Pour plus d'informations voir:
site web Graphene Flagship

Référence publication:
Fully inkjet-printed two-dimensional material field-effect heterojunctions for wearable and textile electronics
Tian Carey, Stefania Cacovich, Giorgio Divitini, Jiesheng Ren, Aida Mansouri, Jong M. Kim, Chaoxia Wang, Caterina Ducati, Roman Sordan & Felice Torrisi