Des chercheurs de Stanford ont développé une nouvelle méthode pour attacher des nanofils électroniques à la surface de pratiquement n'importe quel objet, quelle que soit sa forme ou le matériau dont il est fait. La méthode pourrait être utilisée dans la fabrication de tout, de l'électronique portable et des écrans d'ordinateur flexibles aux cellules solaires à haute efficacité et aux biocapteurs ultrasensibles.
Les nanofils électroniques sont des blocs de construction prometteurs pour pratiquement tous les appareils électroniques numériques utilisés aujourd'hui, y compris les ordinateurs, appareils photo et téléphones portables. Les circuits électroniques sont généralement fabriqués sur une puce de silicium. Le circuit adhère à la surface de la puce pendant la fabrication et est extrêmement difficile à détacher, Ainsi, lorsque le circuit est incorporé dans un appareil électronique, il reste attaché à la puce. Mais les puces de silicium sont rigides et cassantes, limiter les utilisations possibles des nanofils électroniques portables et flexibles.
La clé de la nouvelle méthode consiste à recouvrir la surface de la plaquette de silicium d'une fine couche de nickel avant de fabriquer les circuits électroniques. Le nickel et le silicium sont tous deux hydrophiles, ou "amoureux de l'eau, " c'est-à-dire lorsqu'ils sont exposés à l'eau une fois la fabrication des dispositifs à nanofils terminée, l'eau pénètre facilement entre les deux matériaux, détacher le nickel et l'électronique sus-jacente de la tranche de silicium.
"Le processus de détachement peut se faire à température ambiante dans l'eau et ne prend que quelques secondes, " a déclaré Xiaolin Zheng, professeur assistant en génie mécanique, qui a dirigé le groupe de recherche qui a développé le processus. « Le processus de transfert est presque réussi à 100 %, ce qui signifie que les appareils peuvent être transférés sans subir de dommages."
Après le détachement, les plaquettes de silicium sont propres et prêtes à être réutilisées, ce qui devrait réduire considérablement les coûts de fabrication.
Zheng est l'un des auteurs d'un article décrivant la méthode qui sera publié dans un prochain numéro de Lettres nano . Le document est disponible en ligne dès maintenant. Chi Hwan Lee et Dong Rip Kim, les deux étudiants diplômés du laboratoire de Zheng, sont co-auteurs.
Après avoir appliqué la couche de nickel sur la puce de silicium, les chercheurs ont également déposé une couche ultrafine d'un polymère pour agir comme un isolant et fournir un support mécanique pour l'électronique.
La couche de polymère ultrafine est également extrêmement flexible, c'est ce qui permet à Zheng et à son équipe d'attacher leurs nanofils électroniques à un large éventail de formes et de matériaux, y compris le papier, textile, plastiques, un verre, feuille d'aluminium, des gants en latex – même une canette de Coca froissée et une bouteille d'eau en plastique écrasée.
"Les couches de polymère que nous utilisons sont environ 15 fois plus fines que le film plastique que vous utilisez pour couvrir une assiette de nourriture, " a déclaré Zheng. " Étant donné que le polymère a un si grand degré de flexibilité, vous pouvez envelopper le polymère avec des dispositifs à nanofils sur n'importe quoi tout en suivant de manière conforme la forme de n'importe quel objet."
Actuellement, son équipe travaille avec des couches de polymère d'environ 800 nanomètres d'épaisseur. Un nanomètre est un millionième de millimètre.
Mais qu'est-ce qui rend vraiment les appareils si flexibles, ce qui permet aux appareils de se plier avec le substrat souple, est la courte longueur des nanofils utilisés pour fabriquer les circuits.
"La longueur de ces nanofils n'est que de quelques millièmes de millimètre, " dit Zheng. " Par rapport à la courbure des objets auxquels nous les attachons, c'est vraiment court, il y a donc très peu de contrainte sur les nanofils."
Parce que les nanofils sont si courts, lorsqu'ils sont placés sur une surface alambiquée - même les courbes pointues d'une bouteille d'eau en plastique écrasée - c'est comme si la surface était pratiquement plate.
Les dispositifs peuvent également être facilement appliqués sur une surface, enlevé et appliqué à nouveau sur une autre surface, à plusieurs reprises, sans dégrader les circuits.
Certaines des principales applications du processus que Zheng prévoit seront dans le domaine de la recherche biologique. Les dispositifs à nanofils pourraient être attachés directement aux tissus cardiaques ou cérébraux pour mesurer les signaux électriques de ces tissus.
"Les chercheurs pourraient mesurer les arythmies cardiaques ou comment un neurone se déclenche, " dit-elle. " Ces signaux sont électriques, mais pour les mesurer, vous avez besoin d'un très conformable, revêtement très fin qui permet aux signaux de se propager à travers le substrat."
Le processus de transfert pourrait également être utilisé dans le développement de cellules solaires flexibles à haut rendement et aurait probablement des utilisations en robotique, également.
"Les possibilités sont vraiment illimitées, " a déclaré Zheng.
