Docteur Felice Torrisi, Maître de conférences en technologie du graphène, a reçu une bourse pour jeunes chercheurs internationaux de la National Science Foundation of China pour examiner comment le graphène et les matériaux bidimensionnels pourraient permettre des yeux imprimés et flexibles.

La vision est de créer une technologie pour des caméras flexibles bon marché qui peuvent être imprimées ou estampées sur du plastique ou du papier. "Par exemple, il pourrait éventuellement être possible d'intégrer ces imprimés, dispositifs optoélectroniques flexibles dans les vêtements, emballage, papiers peints, affiches, des écrans tactiles ou même des bâtiments. Toute personne disposant d'une imprimante à la maison pourra imprimer son propre "œil artificiel" et le coller physiquement sur un téléphone portable flexible", a déclaré Felice.

L'objectif du projet de 18 mois est de concevoir, développer et caractériser des photodétecteurs flexibles à base de cristaux 2D imprimés à jet d'encre et étudier leur intégration avec l'électronique commerciale.

"Les photodétecteurs sont nécessaires dans les caméras, applications automobiles, détection et télécommunications, dispositifs médicaux et sécurité », dit-il. « Si ceux-ci pouvaient être flexibles, ils pourraient être intégrés dans les vêtements, enroulé ou imprimé sur toute surface irrégulière augmentant considérablement la qualité de l'électronique imprimée et flexible."

La génération actuelle de matériaux photoactifs souples, à base de polymères organiques ont un temps de réponse lent (quelques millisecondes), ce qui est trop lent pour la photodétection. Cela représente une forte limitation pour l'électronique flexible dans une large gamme d'applications, des écrans à matrice active aux détecteurs de lumière ultrarapides et aux capteurs de gaz. De plus les polymères organiques souffrent d'instabilité chimique aux conditions ambiantes (température et pression), nécessitant ainsi des couches de protection supplémentaires ou une manipulation particulière des dispositifs imprimés, entraînant une augmentation des coûts.

Graphène, la membrane mince ultime avec une large gamme de cristaux bidimensionnels (2D) (par exemple, le nitrure de bore hexagonal (h-BN), le bisulfure de molybdène (MoS2) et le bisulfure de tungstène (WS2)), ont radicalement changé le paysage de la science et de la technologie avec des propriétés physiques attractives pour l'(opto)électronique, sentir, catalyse et stockage d'énergie. Ces cristaux 2D peuvent être exfoliés à partir de composés en couches. Les composés stratifiés peuvent être conducteurs, semi-conducteurs ou isolants et leurs propriétés électroniques dépendent du nombre de couches. Par exemple, le graphène est hautement conducteur, flexible et transparent et il est supérieur aux polymères conducteurs en termes de coût, stabilité et performances; alors que le MoS2 est optiquement actif une fois réduit à une seule couche 2D, avec un temps de réponse rapide et une excellente stabilité environnementale.

En 2012, les Drs Felice Torrisi, Tawfique Hasan et le professeur Andrea Ferrari du Cambridge Graphene Center ont inventé une encre au graphène qui conduit l'électricité et peut être imprimée par une imprimante à jet d'encre standard. L'encre à base de graphène permet des électronique imprimée sur plastique.

Felice explique :« D'autres encres conductrices sont fabriquées à partir de métaux précieux comme l'argent, ce qui les rend très coûteux à produire et à transformer, alors que le graphène est à la fois bon marché, écologiquement stable, et ne nécessite pas beaucoup de traitement après l'impression".

"Nous avons utilisé un simple processus de sonication et de centrifugation pour dévoiler le potentiel du graphène dans les encres et le revêtement pour l'électronique imprimée"

Au cours des deux dernières années, le Dr Torrisi et l'équipe du Cambridge Graphene Center ont cherché à formuler un ensemble d'encres à base de divers cristaux 2D, mise en place d'une nouvelle plate-forme pour l'électronique imprimée. Felice déclare : « Cela créera un tout nouvel ensemble d'outils pour l'électronique imprimable avec conducteur, propriétés semi-conductrices et isolantes, avec un temps de réponse plus rapide, surpassant les encres semi-conductrices organiques actuelles, activer l'impression, photodétecteurs flexibles et ouvrant éventuellement la voie à des appareils photo flexibles imprimés".

"Lorsque la lumière frappe un cristal semi-conducteur 2D (par exemple MoS2), en raison de leur nature 2D, les électrons et les trous sont générés avec un rendement plus élevé que les photodétecteurs actuels à base de silicium"

Le projet, financé par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, examine comment concevoir des photodétecteurs flexibles imprimés à base de graphène et d'encres cristal 2D.

"La réponse optique des encres cristal 2D imprimées, combinés à leur flexibilité sur substrat plastique et compatibilité environnementale, sont des avantages clés pour améliorer l'optoélectronique flexible"