Une étude menée par des chercheurs de l'Imperial College London et du Politecnico di Torino révèle les mécanismes physiques responsables du transport de l'électricité dans les matériaux 2D imprimés.
Les travaux identifient les propriétés des films de matériaux 2D à modifier pour fabriquer des dispositifs électroniques sur mesure. Ce qui permet ainsi la conception rationnelle d'une nouvelle classe de produits électroniques imprimés et flexibles à haute performance.
Les puces de silicium sont les composants qui alimentent la plupart de nos appareils électroniques. Cependant, leur nature rigide limite leur utilisation dans l'électronique flexible. Constitués de couches d'un seul atome d'épaisseur, on peut facilement disperser ses matériaux 2D dans une solution. On peut aussi les formuler dans des encres imprimables. Des ancres produisant des films ultraminces extrêmement flexibles, semi-transparents et dotés de nouvelles propriétés électroniques.
Cela ouvre la voie à de nouveaux types de dispositifs, tels que ceux intégrables dans des matériaux souples et extensibles. Des matériaux comme les vêtements, le papier ou même les tissus du corps humain.
Jusqu'à présent, les chercheurs ont construit plusieurs dispositifs électroniques flexibles à partir d'encres imprimées en matériaux 2D. Toutefois, il s'agissait de composants uniques de type « preuve de concept ».
Cependant, leur utilisation à grande échelle a été limitée. On ne sait effectivement pas encore quels paramètres contrôler pour concevoir des dispositifs en matériaux 2D imprimés. Aujourd'hui, l'équipe de recherche internationale a étudié la manière dont la charge électronique est transportée dans plusieurs films de matériaux 2D imprimés par jet d'encre.
L'équipe a étudié trois types typiques de matériaux 2D : le graphène, le disulfure de molybdène et le carbure de titane MXene. Elle a notamment cartographié comment le comportement du transport de la charge électrique changeait dans ces différentes conditions.
Domaines d'applications de ces matériaux 2D
Le chercheur principal, le Dr Felice Torrisi, du département de chimie de l'Impérial, a déclaré :
« Nos résultats ont un impact considérable sur l'évolution de la science. Ils ont un impact énorme sur la façon dont nous comprenons le transport à travers des réseaux de matériaux bidimensionnels. Des réseaux permettant la conception et l'ingénierie contrôlée de la future électronique imprimée basée sur des matériaux 2D.
Ces futurs dispositifs pourraient un jour remplacer les procédures invasives. Des procédures comme l'implantation d'électrodes cérébrales pour surveiller les maladies dégénératives qui affectent le système nerveux. Les électrodes ne peuvent être implantées que de manière temporaire. Ils sont inconfortables pour le patient, alors qu'un dispositif flexible fabriqué à partir de matériaux 2D biocompatibles pourrait être intégré au cerveau et assurer une surveillance constante.
Parmi les autres applications potentielles dans le domaine des soins de santé, citons les dispositifs portables de surveillance, comme les montres de fitness. Des dispositifs plus intégrés au corps, fournissant des données suffisamment précises. Le but étant notamment de permettre aux médecins de surveiller les patients sans les amener à l'hôpital pour des tests.
Les relations que l'équipe a découvertes entre le type de matériau 2D et les contrôles du transport de la charge électrique aideront d'autres chercheurs à concevoir des dispositifs imprimés et flexibles en matériau 2D. Des dispositifs avec les propriétés qu'ils souhaitent, en fonction de la manière dont la charge électrique doit agir.
Ils pourraient également révéler comment concevoir des types entièrement nouveaux de composants électriques. Des composants impossibles à utiliser avec des puces en silicium, tels que des composants transparents ou des composants qui modifient et transmettent la lumière de manière inédite.
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