Une collaboration de recherche entre l'Université de Hambourg et DESY a développé un procédé adapté à l'impression 3D qui peut être utilisé pour produire des circuits électroniques transparents et mécaniquement flexibles. L'électronique est constituée d'un maillage de nanofils d'argent pouvant être imprimés en suspension et noyés dans divers plastiques souples et transparents (polymères). Cette technologie peut permettre de nouvelles applications telles que les diodes électroluminescentes imprimables, cellules solaires ou outillages à circuits intégrés, comme le rapportent Tomke Glier de l'Université de Hambourg et ses collègues dans le journal Rapports scientifiques . Les chercheurs démontrent le potentiel de leur procédé avec un condensateur flexible, entre autres.

"Le but de cette étude était de fonctionnaliser des polymères imprimables en 3D pour différentes applications, " rapporte Michael Rübhausen du Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), une coopération entre DESY, l'Université de Hambourg et la Société Max Planck. "Avec notre nouvelle approche, nous voulons intégrer l'électronique dans les unités structurelles existantes et améliorer les composants en termes d'espace et de poids. » Le professeur de physique de l'Université de Hambourg a dirigé le projet avec le chercheur de DESY, Stephan Roth, qui est également professeur à l'Institut royal de technologie de Stockholm. En utilisant la lumière à rayons X brillante de la source lumineuse de recherche PETRA III de DESY et d'autres méthodes de mesure, l'équipe a analysé avec précision les propriétés des nanofils dans le polymère.

« Au cœur de la technologie se trouvent les nanofils d'argent, qui forment un maillage conducteur, " explique Glier. Les fils d'argent ont typiquement plusieurs dizaines de nanomètres (millionièmes de millimètre) d'épaisseur et 10 à 20 micromètres (millièmes de millimètre) de long. L'analyse détaillée aux rayons X montre que la structure des nanofils dans le polymère est inchangé, mais que la conductivité du treillis s'améliore même grâce à la compression par le polymère, au fur et à mesure que le polymère se contracte pendant le processus de durcissement.

Les nanofils d'argent sont appliqués sur un substrat en suspension et séchés. "Pour des raisons de coût, l'objectif est d'atteindre la conductivité la plus élevée possible avec le moins de nanofils possible. Cela augmente également la transparence du matériau, " explique Roth, responsable de la station de mesure P03 de la source lumineuse à rayons X PETRA III de DESY, où les investigations radiographiques ont eu lieu. "De cette façon, couche par couche, un chemin ou une surface conductrice peut être produit." Un polymère flexible est appliqué sur les pistes conductrices, qui à son tour peuvent être recouverts de pistes conductrices et de contacts. Selon la géométrie et le matériau utilisé, divers composants électroniques peuvent être imprimés de cette manière.

Dans ce document, les chercheurs ont produit un condensateur flexible. "Dans le laboratoire, nous avons effectué les différentes étapes de travail dans un processus de stratification, mais en pratique ils peuvent ensuite être intégralement transférés sur une imprimante 3D, " explique Glier. " Cependant, la poursuite du développement de la technologie d'impression 3D conventionnelle, qui est généralement optimisé pour les encres d'impression individuelles, est également essentiel pour cela. Dans les processus basés sur le jet d'encre, les buses d'impression pourraient être obstruées par les nanostructures, " note Rübhausen.

A l'étape suivante, les chercheurs veulent maintenant tester comment la structure des chemins conducteurs constitués de nanofils change sous contrainte mécanique. « Dans quelle mesure le treillis métallique tient-il bien pendant le pliage ? Quelle est la stabilité du polymère ? " dit Roth, se référant à des questions typiques. "L'investigation aux rayons X est très appropriée pour cela car c'est la seule façon d'examiner le matériau et d'analyser les chemins conducteurs et les surfaces des nanofils."