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Posté par Redbran le Jeudi 15/03/2018 à 12:00
Des nanocomposites à base de graphène pour des dispositifs électroniques imprimés en 3D

Une combinaison innovante de stratifié de graphène et de thermoplastiques pourrait bientôt développer l’impression 3D dans des applications commerciales nécessitant l’utilisation de matériaux conducteurs.

Le prototypage rapide est bien connu pour son caractère pratique et sa rentabilité. Grâce aux imprimantes 3D, les entreprises peuvent réduire la durée de la période allant de la conception au produit final, ce qui leur permet, par la même occasion, de réaliser d’importantes économies. Cependant, si la technique elle-même est bien huilée, les matériaux peuvent encore être améliorés.

«Actuellement, la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) d’impression 3D peut être classée selon le matériau utilisé pour l’impression des prototypes. Les thermoplastiques tels que l’ABS (ABS est un sigle qui désigne :) ou le PLA figurent parmi les matériaux les plus utilisés: faciles à mouler et très rentables, cette première caractéristique en fait le matériau privilégié pour la fabrication additive», déclare la Dr Maria Soria, chercheuse en chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) de l’état solide à l’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour...) des matériaux de Barcelone (Barcelone (Barcelona en catalan et en castillan) est une commune de Catalogne - Espagne, située dans la province de Barcelone. Elle est la capitale historique,...) (ICMAB).

Mais cette facilité de moulage n’est pas seulement une qualité. En fait, cette propriété peut rapidement devenir un inconvénient, puisque la résistance du matériau dépend du gradient de température (une quantité physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de...) qui décrit dans quelle direction et à quel rythme la température change le plus rapidement autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) d’un point (Graphie) précis): les thermoplastiques deviennent rapidement inutilisables lorsqu’il s’agit d’imprimer des prototypes exigeant une résistance thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur...) spéciale. De plus, ils ne sont pas conducteurs, ce qui limite également leur utilisation.

Il semble dès lors normal que les chercheurs essayent de trouver de nouveaux matériaux possédant de meilleures propriétés structurelles et conductrices. Le graphène, avec sa conductivité élevée, sa résistance mécanique et ses structures de pores hiérarchiques et canaux poreux, constitue un candidat idéal.

«L’idée serait d’utiliser le graphène ou ses dérivés tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en conservant les avantages connexes des thermoplastiques, tels que leur capacité de moulage. Nous estimons que l’utilisation de matériaux nanocomposites enrichis en graphène dans le domaine de l’impression 3D pourrait avoir un effet “de rupture” sur le marché», explique la Dr Soria.

Grâce au financement dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) 3D-PRINTGRAPH (Graphene reinforce composites for 3D printing technology), la Dr Soria s’est lancée dans une entreprise de deux ans pour «fusionner» le stratifié de graphène avec des polymères aux points de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une...) les plus bas pour une utilisation future dans le domaine de l’impression 3D. En cas de succès, le projet pourrait ouvrir la voie à la fabrication de dispositifs électroniques tels que les batteries, les capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une...) et les antennes à radiofréquence.

«Nous avons déjà réalisé la synthèse et la caractérisation des composites PLA, ABS, PCL et PCL-Diol avec le graphène, des procédés qui exigent d’abord la synthèse du graphène. Nous avons utilisé le graphite comme précurseur et, au moyen de son oxydation et de sa réduction chimique ultérieure, nous avons obtenu un oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) de graphène réduit (RGO) qui présente des propriétés similaires à celles du graphène. À partir de là, nous avons synthétisé les composites avec une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou...) en graphène de 4 % pour obtenir des matériaux avec une homogénéité visible dans tous les cas», explique la Dr Soria.

Même si le projet ne s’achève pas avant la fin du mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) d’août, les nouveaux composites présentent déjà une meilleure résistance mécanique et thermique que les polymères sans charge en graphène. Cependant, les chercheurs ont constaté que 4 % de graphène – la quantité maximale qui permet de maintenir une viscoélasticité et une adhérence adéquates dans le matériau final – ne suffit pas pour assurer la conductivité.

«Nous devons maintenant envisager de nouvelles méthodes pour homogénéiser les mélanges polymère-graphène, ou même pour augmenter la quantité de graphène dans le mélange pour assurer le contact entre les couches de graphène et améliorer la conductivité», poursuit la Dr Soria.

Outre ce travail, qui est crucial pour le projet, la Dr Soria et son équipe ont développé des nanocomposites à base de polymères photodurcissables et de graphène, pour assurer le maintien des étapes du projet et améliorer l’efficacité générale de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...). Comme elle le remarque, ce volet complète la nature révolutionnaire du projet.

Si tout se déroule comme prévu, le consortium prévoit de former un partenariat avec Hewlett-Packard (Hewlett-Packard Company, officiellement abrégée en HP, est une entreprise d'informatique et d'électronique multinationale américaine. Elle fait partie des 40 plus grosses entreprises du monde. Ses...) à Barcelone pour tester sur leurs imprimantes 3D les nanocomposites au graphène mis au point dans le cadre du projet.

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