Des chercheurs de l'ETH Zurich ont fabriqué des électrodes transparentes à utiliser dans les écrans tactiles à l'aide d'un nouveau procédé de nanoimpression. Les nouvelles électrodes sont parmi les plus transparentes et conductrices qui aient jamais été développées.

Des smartphones aux interfaces de commande des distributeurs de billets et des distributeurs de billets, chaque écran tactile que nous utilisons nécessite des électrodes transparentes :la surface en verre des appareils est recouverte d'un motif à peine visible en matériau conducteur. C'est pour cette raison que les appareils reconnaissent si et où exactement un doigt touche la surface.

Chercheurs sous la direction de Dimos Poulikakos, Professeur de Thermodynamique, ont maintenant utilisé la technologie d'impression 3D pour créer un nouveau type d'électrode transparente, qui prend la forme d'une grille faite de "nanowalls" d'or ou d'argent sur une surface en verre. Les murs sont si fins qu'ils sont à peine visibles à l'œil nu. C'est la première fois que des scientifiques créent de tels nanomurs en utilisant l'impression 3D. Les nouvelles électrodes ont une conductivité plus élevée et sont plus transparentes que celles en oxyde d'indium étain, le matériau standard utilisé dans les smartphones et les tablettes aujourd'hui. C'est un avantage évident :plus les électrodes sont transparentes, meilleure est la qualité de l'écran. Et plus ils sont conducteurs, plus l'écran tactile fonctionnera rapidement et précisément.

Troisième dimension

"L'oxyde d'indium et d'étain est utilisé car le matériau a un degré de transparence relativement élevé et la production de couches minces a été bien étudiée, mais il n'est que modérément conducteur, " dit Patrik Rohner, un doctorant dans l'équipe de Poulikakos. Afin de produire des électrodes plus conductrices, les chercheurs de l'ETH ont opté pour l'or et l'argent, qui conduisent l'électricité beaucoup mieux. Mais parce que ces métaux ne sont pas transparents, les scientifiques devaient utiliser la troisième dimension. Le professeur de l'ETH Poulikakos explique :« Si vous souhaitez obtenir à la fois une conductivité et une transparence élevées dans les fils fabriqués à partir de ces métaux, vous avez un conflit d'objectifs. Au fur et à mesure que la section transversale des fils d'or et d'argent augmente, la conductivité augmente, mais la transparence de la grille diminue."

La solution était d'utiliser des parois métalliques de seulement 80 à 500 nanomètres d'épaisseur, qui sont presque invisibles vus d'en haut. Parce qu'ils sont deux à quatre fois plus hauts que larges, la section transversale, et donc la conductivité, est suffisamment élevé.

Imprimante à jet d'encre avec petite tête d'impression

Les chercheurs ont produit ces minuscules parois métalliques à l'aide d'un procédé d'impression connu sous le nom de Nanodrip, que Poulikakos et ses collègues ont développé il y a trois ans. Son principe de base est un procédé appelé impression à jet d'encre électrohydrodynamique. Dans ce processus, les scientifiques utilisent des encres à base de nanoparticules métalliques dans un solvant; un champ électrique tire d'ultra-petites gouttelettes d'encre métallique hors d'un capillaire en verre. Le solvant s'évapore rapidement, permettant de construire goutte à goutte une structure tridimensionnelle.

La particularité du procédé Nanodrip est que les gouttelettes qui sortent du capillaire en verre sont environ dix fois plus petites que l'ouverture elle-même. Cela permet d'imprimer des structures beaucoup plus petites. "Imaginez une goutte d'eau suspendue à un robinet qui est fermé. Et maintenant, imaginez qu'une autre minuscule gouttelette est suspendue à cette goutte - nous n'imprimons que la minuscule gouttelette, " explique Poulikakos. Les chercheurs ont réussi à créer cette forme particulière de gouttelette en équilibrant parfaitement la composition de l'encre métallique et le champ électromagnétique utilisé.

Production rentable

Le prochain grand défi sera maintenant de faire évoluer la méthode et de développer davantage le processus d'impression afin qu'il puisse être mis en œuvre à l'échelle industrielle. Pour y parvenir, les scientifiques travaillent avec des collègues de la société spin-off de l'ETH Scrona.

Ils n'ont aucun doute qu'une fois qu'il est mis à l'échelle, la technologie apportera une multitude d'avantages par rapport aux méthodes existantes. En particulier, ce sera probablement plus rentable, comme l'impression Nanodrip, contrairement à la fabrication d'électrodes en oxyde d'indium-étain, ne nécessite pas d'environnement de salle blanche. Les nouvelles électrodes devraient également être plus adaptées aux grands écrans tactiles en raison de leur conductivité plus élevée. Et enfin le procédé est aussi le premier à vous permettre de faire varier la hauteur des nanowalls directement lors de l'impression, déclare Rohner, doctorant à l'ETH.

Une autre application future possible pourrait être dans les cellules solaires, où des électrodes transparentes sont également nécessaires. Plus ils sont transparents et conducteurs, plus on peut exploiter d'électricité. Et enfin, les électrodes pourraient également jouer un rôle dans le développement ultérieur de l'affichage incurvé utilisant la technologie OLED.