Les nanofils de cuivre peuvent arriver sur un petit écran près de chez vous. Ces nouvelles nanostructures ont le potentiel de réduire les coûts d'affichage des informations sur les téléphones portables, liseuses et iPads, et ils pourraient également aider les ingénieurs à construire des appareils électroniques pliables et des cellules solaires améliorées, selon de nouvelles recherches.

Le chimiste de Duke Ben Wiley et son étudiant diplômé ont développé une technique pour organiser les atomes de cuivre dans l'eau pour former de longs, mince, nanofils non agglutinés. Les nanofils sont ensuite transformés en transparents, films conducteurs et appliqués sur du verre ou du plastique.

La nouvelle recherche montre que les films de nanofils de cuivre ont les mêmes propriétés que ceux actuellement utilisés dans les appareils électroniques et les cellules solaires, mais sont moins chers à fabriquer. Les résultats ont été publiés en ligne le 23 septembre dans Matériaux avancés.

Les films qui relient actuellement les pixels dans les écrans électroniques sont en oxyde d'indium étain, ou ITO. Il est très transparent, qui transmet bien l'information. Mais le film ITO doit être déposé à partir d'une vapeur dans un processus mille fois plus lent que l'impression de journaux, et, une fois l'ITO dans l'appareil, ça craque facilement. L'indium est également un élément des terres rares coûteux, coûtant jusqu'à 800 $ le kilogramme.

Ces problèmes ont conduit à des efforts mondiaux pour trouver des matériaux moins chers qui peuvent être enduits ou imprimés comme de l'encre à des vitesses beaucoup plus rapides pour fabriquer des produits à faible coût, films conducteurs transparents, dit Wiley.

Une alternative au film ITO est d'utiliser des encres contenant des nanofils d'argent. Le premier téléphone portable doté d'un écran en nanofils d'argent sera commercialisé cette année. Mais l'argent, comme l'indium, est encore relativement cher à 1400 $ le kilogramme.

Le cuivre, d'autre part, est mille fois plus abondant que l'indium ou l'argent, et environ 100 fois moins cher, ne coûte que 9 $ le kilogramme.

En 2010, Wiley et son étudiant diplômé Aaron Rathmell ont montré qu'il était possible de former une couche de nanofils de cuivre sur du verre pour faire un film conducteur transparent.

Mais à ce moment-là, les performances du film n'étaient pas suffisantes pour des applications pratiques car les fils s'agglutinaient. La nouvelle façon de faire pousser les nanofils de cuivre et de les enrober sur des surfaces en verre élimine le problème d'agglutination, dit Wiley.

Lui et Rathmell ont également créé les nouveaux nanofils de cuivre pour maintenir leur conductivité et leur forme lorsqu'ils sont pliés d'avant en arrière 1, 000 fois. En revanche, La conduction et la structure des films ITO se rompent après quelques courbures.

Wiley a dit que le low-cost, haute performance, et la flexibilité des nanofils de cuivre en font un choix naturel pour une utilisation dans la prochaine génération d'écrans et de cellules solaires. Il a co-fondé une société appelée NanoForge Corp en 2010 pour fabriquer des nanofils de cuivre pour des applications commerciales.

Début 2011, NanoForge a reçu un 45 $, 000 Bourse IDEA de Caroline du Nord pour le raffinement et la mise à l'échelle du processus de fabrication de nanofils de cuivre, et il remplit maintenant les commandes.

Avec un développement continu, des nanofils de cuivre pourraient se retrouver dans les écrans et les cellules solaires dans les prochaines années, ce qui pourrait conduire à des écrans plus légers et plus fiables et aussi à rendre l'énergie solaire plus compétitive par rapport aux combustibles fossiles, dit Wiley.