Pour obtenir ces appareils de haute qualité, les chercheurs ont utilisé des encres au carbone pour les trois principaux éléments des transistors à couches minces: semi-conducteur, conducteur et isolant. Les encres semi-conductrices et conductrices ont été fabriquées à partir de nanotubes de carbone et graphène du commerce.
L’avancée cruciale est la nouvelle encre isolante des chercheurs. Pour cela, ils ont utilisé de la nanocellulose, un matériau abondant et biodégradable à base de pâte de bois. Il est couramment utilisé dans les emballages alimentaires, les cosmétiques et les produits en bois, et ses feuilles sont également utilisées dans l’électronique comme isolant. Mais Franklin et ses collègues sont les premiers à suspendre la nanocellulose dans une solution et à l’utiliser comme encre dans les circuits d’impression.
Gif: Université Duke
Avec une machine que Franklin décrit comme une version avancée de une imprimante à jet d’encre commune, tL’équipe a déposé les trois encres sur du papier une couche à la fois pour fabriquer des transistors. La machine vaporise l’encre en un fin brouillard de gouttelettes microscopiques et guide cet aérosol sur la surface du papier à l’aide d’un gaz inerte. Mais la technique sous-jacente pourrait être transférée à une impression roll-to-roll plus rapide, qui pourrait produire rapidement des milliers d’appareils.
Les appareils fabriqués avaient une «durée de conservation étonnamment longue», dit-il. «C’était vraiment surprenant pour nous.» Les transistors nus, sans aucun revêtement protecteur ni encapsulation, sont restés sur une étagère de laboratoire pendant neuf mois sans aucune perte de performances, dit-il.
Le recyclage des dispositifs consiste à les immerger dans une série de bains, et à utiliser des ondes sonores pour les faire vibrer de manière à séparer tous les composants. Les nanotubes de carbone et le graphène peuvent être filtrés et presque tous peuvent être récupérés pour être réutilisés pour l’impression. La nanocellulose et le substrat en papier peuvent ensuite être recyclés séparément.
Franklin dit que son équipe a plusieurs applications en tête pour l’électronique imprimée en carbone qu’elle teste actuellement. «Ce que ces appareils peuvent faire est incroyablement prometteur.»
