Chercheurs à AMBER, le centre de recherche en science des matériaux financé par la Science Foundation Ireland et hébergé au Trinity College de Dublin, ont fabriqué pour la première fois des transistors imprimés entièrement constitués de nanomatériaux bidimensionnels. Ces matériaux 2D combinent des propriétés électroniques passionnantes avec le potentiel de production à faible coût. Cette percée pourrait libérer le potentiel d'applications telles que les emballages alimentaires qui affichent un compte à rebours numérique pour vous avertir de la détérioration, des étiquettes de vin qui vous alertent lorsque votre vin blanc est à sa température optimale, ou même un volet de fenêtre qui affiche les prévisions du jour. Les résultats de l'équipe AMBER ont été publiés aujourd'hui dans la principale revue Science .

Cette découverte ouvre la voie à l'industrie, comme les TIC et les produits pharmaceutiques, pour imprimer à moindre coût une multitude d'appareils électroniques, des cellules solaires aux LED, avec des applications allant des étiquettes interactives intelligentes pour les aliments et les médicaments à la sécurité des billets de banque et aux passeports électroniques de nouvelle génération.

Pr Jonathan Coleman, qui est chercheur à AMBER et à la Trinity's School of Physics, mentionné, "À l'avenir, les dispositifs imprimés seront incorporés même dans les objets les plus banals tels que les étiquettes, affiches et emballages. Les circuits électroniques imprimés (construits à partir des appareils que nous avons créés) permettront aux produits de consommation de se rassembler, traiter, afficher et transmettre des informations :par exemple, les briques de lait peuvent envoyer des messages à votre téléphone vous avertissant que le lait est sur le point de devenir périmé.

Nous pensons que les nanomatériaux 2D peuvent concurrencer les matériaux actuellement utilisés pour l'électronique imprimée. Par rapport à d'autres matériaux employés dans ce domaine, nos nanomatériaux 2D ont la capacité de produire des dispositifs imprimés plus rentables et plus performants. Cependant, alors que la dernière décennie a souligné le potentiel des matériaux 2D pour une gamme d'applications électroniques, seules les premières mesures ont été prises pour démontrer leur valeur dans l'électronique imprimée. Cette publication est importante car elle montre que la conduite, les nanomatériaux 2D semi-conducteurs et isolants peuvent être combinés dans des dispositifs complexes. Nous avons estimé qu'il était extrêmement important de se concentrer sur l'impression de transistors, car ce sont les commutateurs électriques au cœur de l'informatique moderne. Nous pensons que ce travail ouvre la voie à l'impression d'une multitude d'appareils uniquement à partir de nanofeuilles 2D."

Dirigé par le professeur Coleman, en collaboration avec les groupes du Prof. Georg Duesberg (AMBER) et du Prof. Laurens Siebbeles (TU Delft, Pays-Bas), l'équipe a utilisé des techniques d'impression standard pour combiner des nanofeuillets de graphène comme électrodes avec deux autres nanomatériaux, diséléniure de tungstène et nitrure de bore comme canal et séparateur (deux parties importantes d'un transistor) pour former un tout imprimé, tout-nanofeuille, transistor fonctionnel.

L'électronique imprimable s'est développée au cours des trente dernières années à partir principalement de molécules imprimables à base de carbone. Alors que ces molécules peuvent facilement être transformées en encres imprimables, ces matériaux sont quelque peu instables et ont des limitations de performances bien connues. Il y a eu de nombreuses tentatives pour surmonter ces obstacles en utilisant des matériaux alternatifs, tels que les nanotubes de carbone ou les nanoparticules inorganiques, mais ces matériaux ont également montré des limitations en termes de performances ou de fabrication. Alors que les performances des appareils 2D imprimés ne peuvent pas encore être comparées à celles des transistors avancés, l'équipe pense qu'il existe une large marge d'amélioration des performances au-delà de l'état de l'art actuel pour les transistors imprimés.

La capacité d'imprimer des nanomatériaux 2D est basée sur la méthode évolutive du professeur Coleman pour produire des nanomatériaux 2D, dont le graphène, Nitrure de bore, et des nanofeuillets de diséléniure de tungstène, dans les liquides, une méthode qu'il a concédée sous licence à Samsung et Thomas Swan. Ces nanofeuillets sont des nanoparticules plates de quelques nanomètres d'épaisseur mais de plusieurs centaines de nanomètres de large. De manière critique, les nanofeuillets fabriqués à partir de différents matériaux ont des propriétés électroniques qui peuvent être conductrices, isolants ou semi-conducteurs et ainsi inclure tous les éléments constitutifs de l'électronique. Le traitement liquide est particulièrement avantageux en ce qu'il produit de grandes quantités de matériaux 2D de haute qualité sous une forme facile à transformer en encres. La publication du professeur Coleman offre la possibilité d'imprimer des circuits à un coût extrêmement bas, ce qui facilitera une gamme d'applications allant des affiches animées aux étiquettes intelligentes.