L'écran tactile d'un smartphone est une technologie impressionnante. Il affiche des informations et répond au toucher d'un utilisateur. Mais comme beaucoup de gens le savent, il est facile de casser les éléments clés du transparent, couches électriquement conductrices qui composent même l'écran tactile rigide le plus robuste. Si les smartphones flexibles, e-paper et une nouvelle génération de montres connectées sont à réussir, ils ne peuvent pas utiliser la technologie d'écran tactile existante.

Nous devrons inventer quelque chose de nouveau - quelque chose de flexible et durable, en plus d'être clair, poids léger, électriquement sensible et peu coûteux. De nombreux chercheurs étudient des options potentielles. En tant que chercheur diplômé à l'Université de Californie, Bord de rivière, Je fais partie d'un groupe de recherche qui s'efforce de résoudre ce défi en tissant des couches de mailles à partir de brins de métal microscopiques – en construisant ce que nous appelons des réseaux de nanofils métalliques.

Ceux-ci pourraient constituer des composants clés de nouveaux systèmes d'affichage ; ils pourraient également rendre les écrans tactiles des smartphones existants encore plus rapides et plus faciles à utiliser.

Le problème de l'oxyde d'indium et d'étain

Un écran tactile de smartphone standard a du verre à l'extérieur, au-dessus de deux couches de matériau conducteur appelé oxyde d'indium et d'étain. Ces couches sont très fines, transparent à la lumière et conduire de petites quantités de courant électrique. L'écran se trouve en dessous.

Lorsqu'une personne touche l'écran, la pression de leur doigt plie très légèrement le verre, rapprocher les deux couches d'oxyde d'indium et d'étain. Dans les écrans tactiles résistifs, qui modifie la résistance électrique des couches; dans les écrans tactiles capacitifs, la pression crée un circuit électrique.

L'oxyde d'indium-étain est très conducteur, faire en sorte que les écrans tactiles répondent au toucher d'un utilisateur à une vitesse fulgurante. Mais c'est aussi très cassant, ce qui le rend inadapté aux affichages plus flexibles. En outre, il n'y a pas assez d'indium, en grande partie produit par le raffinage des minerais de zinc et de plomb, pour répondre à une demande toujours croissante.

Remplacements potentiels

Tout remplacement de l'oxyde d'indium-étain doit être transparent - sinon, il ne servirait à rien de l'utiliser pour un écran. Il doit également bien conduire l'électricité. Certains remplacements potentiels de cette couche d'oxyde d'indium et d'étain comprennent les nanotubes de carbone, graphène et polymères conducteurs

Mais chacun d'eux a ses problèmes. Les nanotubes de carbone ont généralement une résistance électrique élevée lorsqu'ils sont en contact les uns avec les autres, de sorte qu'ils ne fonctionnent pas bien en tant que mailles.

Le graphène serait excellent - il est très conducteur, souple et transparent. Cependant, il n'existe pas encore de processus à l'échelle industrielle pour produire suffisamment de graphène pour répondre à la demande. Les polymères conducteurs sont facilement moulés dans différentes formes et suffisamment conducteurs pour être utilisés dans certains appareils photovoltaïques et à LED, mais leur tendance à absorber la lumière signifie qu'ils ne sont pas encore assez bons pour être utilisés comme un remplacement totalement compétitif de l'oxyde d'indium et d'étain.

Explorer les réseaux de nanofils métalliques

Un remplacement prometteur de l'oxyde d'indium et d'étain pourrait être les réseaux de nanofils métalliques. Ils sont constitués de fils individuels d'argent ou de cuivre, des dizaines à des centaines de nanomètres de diamètre, tissés ensemble dans un maillage interconnecté. Il est transparent de la même manière qu'une porte moustiquaire - les brins individuels du treillis sont si petits qu'ils ne masquent pas la vue d'ensemble.

Les nanofils d'argent peuvent être préparés en solution par une réaction chimique entre le nitrate d'argent et l'éthylène glycol à haute température. Lorsque la solution est étalée au dos d'un écran tactile (constitué d'un matériau isolant comme le verre ou le plastique souple), le liquide sèche et les nanofils forment des jonctions entre eux, créer le maillage.

La production de dispositifs avec des nanofils d'argent présente plusieurs avantages par rapport à la norme actuelle, l'oxyde d'étain indium. L'argent est 50 fois plus conducteur et peut être utilisé dans une plus grande variété d'appareils. La fabrication de dispositifs à nanofils d'argent devrait également être moins chère.

D'autres avantages sont évidents lorsque l'on compare les méthodes de fabrication. L'oxyde d'indium-étain est appliqué sur une surface d'écran tactile dans un processus industriel appelé « pulvérisation cathodique, " qui consiste à vaporiser efficacement l'oxyde d'indium étain, dont certains atterrissent sur l'écran tactile. Mais jusqu'à 70 pour cent du matériau se retrouve sur les parois de la chambre de pulvérisation et doit être retiré avant de pouvoir être réutilisé. Et l'oxyde d'étain d'indium ne peut pas être appliqué directement sur des surfaces en plastique flexibles, parce que la pulvérisation implique beaucoup de chaleur, ce qui déformera le plastique.

Par contre, les nanofils métalliques sont fabriqués dans une solution à l'air libre et peuvent ensuite être pulvérisés sur des feuilles de matériau flexible avec un processus appelé revêtement rouleau à rouleau. Ce procédé est utilisé depuis les années 1980 pour fabriquer des composants pour panneaux solaires.

Défis restants

Personne n'est tout à fait prêt à introduire des réseaux de nanofils métalliques sur le marché des smartphones. L'argent et le cuivre se corrodent lorsqu'ils sont exposés à l'air; des chercheurs, y compris mon groupe de laboratoire et bien d'autres, essaient de trouver des moyens de les enrober de polymères conducteurs ou même d'autres métaux, pour les protéger de l'air sans sacrifier la transparence ou la conductivité.

Et un autre défi qui reste est de savoir comment intégrer des nanofils métalliques entre des feuilles de plastique flexibles. Mais un jour, peut-être dans pas longtemps, nous serons en mesure de rassembler toutes ces recherches pour créer des dispositifs entièrement fonctionnels utilisant des réseaux de nanofils métalliques.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.