Un petit prix, procédé à grande vitesse d'impression d'encres au graphène à l'aide d'un procédé d'impression rouleau à rouleau classique, comme celle utilisée pour imprimer les journaux et les paquets croustillants, pourrait ouvrir un large éventail d'applications pratiques, y compris l'électronique imprimée bon marché, emballage intelligent et capteurs jetables.

Développé par des chercheurs de l'Université de Cambridge en collaboration avec la société technologique Novalia basée à Cambridge, le procédé permet d'ajouter du graphène et d'autres matériaux électriquement conducteurs à des encres à base d'eau conventionnelles et de les imprimer à l'aide d'un équipement commercial typique, la première fois que le graphène a été utilisé pour l'impression sur une presse d'imprimerie commerciale à grande échelle à grande vitesse.

Le graphène est une feuille bidimensionnelle d'atomes de carbone, juste un atome d'épaisseur. Sa flexibilité, la transparence optique et la conductivité électrique le rendent adapté à un large éventail d'applications, y compris l'électronique imprimée. Bien que de nombreux prototypes de laboratoire aient été démontrés dans le monde, l'utilisation commerciale généralisée du graphène n'a pas encore été réalisée.

« Nous sommes ravis d'être les premiers à rapprocher les encres au graphène de la fabrication dans le monde réel. De nombreuses entreprises ont produit des encres au graphène, mais aucun d'entre eux ne l'a fait à une échelle proche de celle-ci, " a déclaré le Dr Tawfique Hasan du Cambridge Graphene Center (CGC), qui a développé la méthode. "Être capable de produire des encres conductrices qui pourraient être utilisées sans effort pour l'impression à une échelle commerciale à une vitesse très élevée ouvrira toutes sortes d'applications différentes pour le graphène et d'autres matériaux similaires."

"Cette méthode va nous permettre de mettre des systèmes électroniques dans des formes tout à fait inattendues, " a déclaré Chris Jones de Novalia. " C'est une technologie habilitante incroyablement flexible. "

la méthode de Hassan, développé au Centre des nanosciences de l'Université, fonctionne en suspendant de minuscules particules de graphène dans un mélange de solvants « support », qui est ajouté aux formulations d'encres conductrices à base d'eau. Le rapport des ingrédients peut être ajusté pour contrôler les propriétés du liquide, permettant au solvant porteur d'être facilement mélangé dans une encre à base d'eau conductrice conventionnelle pour réduire considérablement la résistance. La même méthode fonctionne pour les matériaux autres que le graphène, y compris métallique, nanoparticules semi-conductrices et isolantes.

Actuellement, les motifs conducteurs imprimés utilisent une combinaison de carbone faiblement conducteur avec d'autres matériaux, le plus souvent en argent, ce qui est cher. Les encres à base d'argent coûtent 1000 £ ou plus par kilogramme, alors que cette nouvelle formulation d'encre au graphène serait 25 fois moins chère. En outre, l'argent n'est pas recyclable, tandis que le graphène et d'autres matériaux carbonés peuvent être facilement recyclés. La nouvelle méthode utilise bon marché, des solvants non toxiques et respectueux de l'environnement pouvant être séchés rapidement à température ambiante, réduire les coûts énergétiques pour le séchage de l'encre. Une fois sec, l'« encre électrique » est également imperméable et adhère extrêmement bien à son substrat.

Les encres à base de graphène ont été imprimées à une vitesse de plus de 100 mètres par minute, ce qui est en ligne avec les cadences de production commerciales pour l'impression graphique, et beaucoup plus rapide que les prototypes précédents. Il y a deux ans, Hasan et ses collègues ont produit un prototype de piano transparent et flexible en utilisant des encres à base de graphène, qui a pris entre six et huit heures à faire. Grâce à l'utilisation de cette nouvelle encre, des dispositifs plus polyvalents sur papier ou plastique peuvent être réalisés à raison de 300 par minute, à un coût très bas. Novalia a également réalisé une platine DJ imprimée et une affiche interactive, qui fonctionne comme un kit de batterie en utilisant la même méthode.

Hasan et les doctorants Guohua Hu, Richard Howe et Zongyin Yang du groupe d'ingénierie des nanomatériaux hybrides à CGC, en collaboration avec Novalia, testé la méthode sur une presse typographique commerciale, qui n'a nécessité aucune modification pour imprimer avec l'encre au graphène. En plus des nouvelles applications que la méthode ouvrira pour le graphène, il pourrait également lancer des opportunités commerciales entièrement nouvelles pour les imprimeurs graphiques commerciaux, qui pourrait se diversifier dans le secteur de l'électronique.

"La Grande-Bretagne, et la région de Cambridge en particulier, a toujours été forte dans le secteur de l'imprimerie, mais surtout pour l'impression graphique et l'emballage, " dit Hassan, un chercheur de l'Académie royale d'ingénierie et un professeur d'université au département d'ingénierie. « Nous espérons utiliser cette solide expertise locale pour étendre notre plate-forme d'encre fonctionnelle. En plus de l'électronique imprimable moins chère, cette technologie ouvre des domaines d'application potentiels tels que les emballages intelligents et les capteurs jetables, qui, à ce jour, étaient en grande partie inaccessibles en raison de leur coût. »

A court et moyen terme, les chercheurs espèrent utiliser leur méthode pour faire des imprimés, biocapteurs jetables, récupérateurs d'énergie et étiquettes RFID.