Les encres conductrices sont utiles pour une gamme d'applications, y compris l'électronique imprimée et flexible telle que les antennes d'identification par radiofréquence (RFID), transistors ou cellules photovoltaïques. L'avènement de l'Internet des objets devrait conduire à une nouvelle connectivité au sein des objets du quotidien, y compris dans les emballages alimentaires. Il existe un besoin évident de production bon marché et efficace d'appareils électroniques utilisant des systèmes stables, composants conducteurs et non toxiques.

Une nouvelle méthode de production de haute qualité, des encres de graphène conductrices à base d'eau avec des concentrations élevées ont été développées par des chercheurs du Graphene Flagship travaillant au Cambridge Graphene Center de l'Université de Cambridge, ROYAUME-UNI. La nouvelle méthode utilise des forces de cisaillement ultra-élevées dans un processus de microfluidisation pour exfolier les flocons de graphène du graphite. Le processus convertit 100% du matériau graphite de départ en paillettes utilisables pour les encres conductrices, évitant le besoin de centrifugation et réduisant le temps nécessaire pour produire une encre utilisable. La recherche est publiée dans ACS Nano .

Les encres produites par le procédé de microfluidisation ont des concentrations élevées allant jusqu'à 100 g de flocons de graphène par litre et peuvent être optimisées pour la sérigraphie. Ces encres peuvent également être utilisées pour créer de nouveaux composites, revêtements et dispositifs de stockage d'énergie. Cette méthode peut facilement être appliquée à d'autres matériaux stratifiés, tels que le nitrure de bore hexagonal ou les dichalcogénures de métaux de transition, fournir une famille de composants de circuits imprimables – conducteur, les isolants et les semi-conducteurs - avec lesquels construire de l'électronique imprimée avec différentes fonctionnalités. Ces encres sont idéales pour les applications où le faible coût est important.

Avec le rendement de 100% de la méthode de microfluidisation, il est désormais possible de produire des encres au graphène de haute qualité en quantités suffisantes pour les produits commerciaux. Les encres produites à l'aide de cette méthode ont déjà été commercialisées via une entreprise dérivée de l'Université de Cambridge, Cambridge graphène, qui a récemment été acquise par la société de solutions d'ingénierie Versarien. Les encres sont également fournies à Novalia, une société d'impression innovante basée à Cambridge, pour une utilisation dans leurs démos électroniques imprimées tactiles interactives.

Dr Panagiotis Karagiannidis, chercheur au Cambridge Graphene Centre, est l'auteur principal de l'ouvrage. « La motivation était la nécessité de produire des couches à faible résistance de feuille par sérigraphie en utilisant des encres à forte concentration. Dans le processus de microfluidisation, tout le mélange de départ subit les mêmes niveaux de cisaillement intensif uniformes, la convertir en une encre utilisable à haute concentration. Il n'y a pas de gaspillage de matériel ni de post-traitement fastidieux."

Le professeur Andrea Ferrari est directeur du Cambridge Graphene Centre, Officier scientifique et technologique du Graphene Flagship, et président du Panel de gestion phare. Il a déclaré :« C'est une avancée conceptuelle importante, et contribuera de manière significative aux objectifs d'innovation et d'industrialisation du Graphene Flagship. Le fait que le processus soit déjà autorisé et commercialisé indique comment il est possible de réduire le temps entre le laboratoire et le marché, même pendant la durée de vie du produit phare. »

Chris Jones de Novalia a déclaré :« Pour les applications commercialisables viables, les matériaux doivent être rentables, facile à manipuler et affiche des performances constantes. Nous avons utilisé ces encres sur des équipements de sérigraphie industriels ordinaires sans modification et avons obtenu des résultats cohérents, impression de centaines de démonstrateurs interactifs pour le Mobile World Congress. C'est un point très excitant - une jonction critique entre le laboratoire et le public."

Mar García-Hernandez du Conseil national espagnol de la recherche (CSIC) est le chef de file du programme de travail phare Graphene Enabling Materials, qui se concentre sur le développement de méthodes de synthèse évolutives pour le graphène et d'autres matériaux en couches. "La microfluidisation est un énorme pas en avant vers des applications d'encres au graphène abordables et respectueuses de l'environnement dans le photovoltaïque organique, Antennes RFID, revêtements ou nanocomposites électriquement conducteurs. Le procédé est certainement bien adapté à la synthèse d'une variété d'autres encres à matériaux stratifiés, ce qui élargira le champ d'application des matériaux en couches dans les appareils du monde réel."