Impression 3D de graphene pour composants électroniques
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Des chercheurs en Grande Bretagne ont développé une technique permettant d’utiliser des imprimantes 3D pour imprimer des matériaux 2D tels que le graphène.
En utilisant la modélisation de la mécanique quantique, les chercheurs de l’Université de Nottingham ont identifié la façon dont les électrons se déplacent à travers les couches de matériau 2D pour comprendre comment les composants imprimés 3D peuvent être modifiés. « En reliant les concepts fondamentaux de la physique quantique à une ingénierie de pointe, nous avons montré comment des composants complexes permettant le contrôle de l’électricité et de la lumière peuvent être fabriqués en imprimant des couches de matériau de quelques atomes d’épaisseur mais de quelques centimètres de diamètre ». a déclaré le professeur Mark Fromhold, directeur de l’école de physique et d’astronomie de Nottingham.
« Selon les lois de la mécanique quantique, dans lesquelles les électrons agissent comme des ondes plutôt que comme des particules, nous avons constaté que les électrons des matériaux 2D se déplacent le long de trajectoires complexes entre plusieurs flocons. »
«Bien que des couches et des composants 2D aient déjà été produits par impression 3D, c’est la première fois que l’on a identifié comment les électrons se déplacent à travers ceux-ci et démontré des utilisations potentielles pour les couches imprimées combinées», a déclaré le Dr Lyudmila Turyanska du Centre de fabrication additive. Les résultats pourraient conduire à diverses applications pour les composites graphène-polymère imprimés par jet d’encre et une gamme d’autres matériaux 2D. Les résultats pourraient être utilisés pour créer une nouvelle génération de composants optoélectroniques fonctionnels; par exemple, de grandes cellules solaires à haute efficacité; des composants électroniques « wearbles » et flexibles qui sont alimentés par la lumière du soleil ou le mouvement du porteur; peut-être même des ordinateurs imprimés. «
L’étude, publiée dans la revue à comité de lecture Advanced Functional Materials, montre qu’il est possible de projeter des encres, contenant de minuscules flocons de matériaux 2D tels que le graphène, pour construire et mailler les différentes couches de ces structures complexes et personnalisées. La technique a été développée par les ingénieurs du Center for Additive Manufacturing dans le cadre d’un projet de 5,85 millions de livres (6,5 millions d’euros) appelé Enabling Next Generation Additive Manufacturing.
Les chercheurs ont utilisé un large éventail de techniques de caractérisation – y compris la spectroscopie laser micro-Raman, l’analyse de gravité thermique, un nouvel instrument 3D orbiSIMS et des mesures électriques pour fournir une compréhension structurelle et fonctionnelle détaillée des polymères de graphène imprimés par jet d’encre, et les effets du traitement thermique du matériau sur la performance.
Les prochaines étapes de la recherche sont de mieux contrôler le dépôt des flocons en utilisant des polymères pour influencer la façon dont ils arrangent et alignent et en essayant différentes encres avec toute une gamme de tailles de flocons. Les chercheurs espèrent également développer des simulations informatiques plus sophistiquées des matériaux et de la façon dont ils fonctionnent ensemble, et développer les moyens de la fabrication en série les composants qu’ils prototypent.
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