Encre conductrice

Les encres conductrices sont des encres particulières conçues pour conduire l'électricité. Elles sont à base d'ions métalliques ou de polymères organiques (moins bons conducteurs) tels que polythiophène ou PT ; polyaniline ou PANI ; polypyrrole ou PP[1]. Elles permettent d'imprimer des circuits électroniques sur divers types de matériaux et de rendre des objets communicants ou capables de mémoriser des informations. Elles sont utilisées pour produire les circuits de l'électronique imprimée.

Typologies

Il existe une variété croissante d'encres conductrices. Elles peuvent être :

  • colorées ou transparentes, éventuellement fluorescentes ou phosphorescentes
  • thermodurcicables (⇒ « recuit ») ou rurcissant sous UV
  • dures ou au contraire souples, voire élastiques
  • réchauffantes et/ou refroidissantes à la demande (dans une plage de 15 à 24 °C). D’autres permettront d’imprimer des éléments photoactifs, (dont photovoltaïques[2]).
  • ultra-noire (à base de nanotubes de carbone, absorbant la totalité du spectre lumineux).

Compositions

Ce sont généralement des polymères, contenant des microparticules ou matériaux nanostructurés, tels que nanocristaux, nanocellulose, nanotubes, nanofibrilles et nanofils (d’argent par ex[3].) [4] ou d’ions métalliques.

Histoire

Apparues dans les laboratoires dans les années 1980 pour les puces et tags et antennes RFID[5], UHF ou micro-ondes [6], et adaptées aux supports souples[7], puis à l'impression par jet d'encre et à l'impression 3D sur divers supports.

Importance du support

Les caractéristiques de rugosité, stabilité, propreté ou d'énergie de surface des supports sont essentiels pour l’adhérence et la conductivité des pistes imprimées.

Un enduit de couchage ou une pré-couche d’encre peut être nécessaire pour préparer le substrat, de même qu’une couche protectrice ensuite (dure ou souple, transparente ou non).

Usages actuels et prospectifs

Ces encres sont couramment utilisée pour les systèmes RFID, la traçabilité de certains produits et devraient se développer dans les domaines médicaux, vétérinaires, agroalimentaires, du contrôle d'accès et de la sécurité, l’impression d’anodes et de cathodes (par ex pour des piles enzymatiques « imprimables » ou encore pour l’impression de dispositifs piézoélectriques souples ou élastiques imprimés récupérant de l'énergie à partir du mouvement à base de matériaux organiques P(VDF-TrFE).
Vers 2015, elles commencent à être disponibles sur le marché industriel à échelles industrielles. À la fin des années 2000, des encres polymères élastiques peuvent déjà sommairement être utilisées en « robotique molle ». Dans le futur la nanoinformatique espère pouvoir imprimer des microcircuits électroniques fonctionnels, par exemple pour des nanorobots ou microrobots.

Certains (à l'université Harvard et au MIT) ont mis au point des encre « biosensibles » pour des patchs provisoires ou pour de vrais tatouages dits intelligents(biocapteurs imprimés). Une fois sur ou dans la peau, l'encre donne des indications sur la température ou l'état de santé, par exemple en virant du bleu au marron selon le taux de sucre dans le liquide interstitiel (cf. diabète), ou du violet au rose selon le pH de la peau et en changeant d'intensité en fonction du taux de sel. Théoriquement, de tels tatouages pourraient rester invisibles et n'apparaitre que quand le porteur est malade, ou encore sous une lumière particulière[8]. Un tatouage pourrait apparaître ou changer de couleur en cas de taux élevé d'UV ou de pollution de l'air, etc. Le domaine de la santé est souvent cité en exemple[9] mais d'autres usages sont possibles.

Enjeux de soutenabilité environnementale

Outre les risques sanitaires liés à la production/utilisation de nanoparticules, elles pourraient encourager une explosion de la mise sur le marché d’une quantité de dispositifs d'affichages lumineux, ainsi que de surfaces, objets, bâtiments et véhicules dits « communicants » et/ou « intelligents » grâce à la facilité d’imprimer des capteurs de présence, de pression et de température sur une grande variété de supports. Les industriels arguent que l’électronique sera ainsi allégée voire diffuse (la carte mère disparait au profit d’impressions sur des pièces structurelles ou d'habillage, remplaçant notamment les écrans, micros, clés, manettes et boutons) ce qui est présenté comme une source d’économie. Mais un « effet rebond » est a priori prévisible en matière de consommation de ressources et d’électricité. Le marché des encres conductrices pour l'automobile devrait passer de 100 millions d'euros en 2019 à 2 milliards en 2024. De 30 à 40 aujourd’hui, le nombre de capteurs d’une voiture pourrait passer à une centaine sans alourdir le véhicule.

Voir aussi

Notes et références
  1. Amandine Bogenez et Sophie Lieber, « Les encres conductrices », sur CERIG Grenoble INP-Pagora, (consulté le )
  2. Laurie Parrenin (2016) Synthèse et formulation d'encres polymères pour couche active de cellules solaires organiques ; Thèse de doctorat en Polymères soutenue le 14-10-2016 sous la direction d'Eric Cloutet et de Georges Hadziioannou
  3. Vincent Lemaire (2017) « Dépôts alignés de nanofils d'argent au sein de films multicouches pour des propriétés conductrices et optiques » ; Thèse de doctorat en chimie physique soutenue Sous la direction de Gero Decher le 07-11-2017 (résumé)
  4. Hoeng, F. (2016). Potential of nanocellulose for conductive ink preparation (Doctoral dissertation, Grenoble Alpes (résumé)
  5. Victor Thenot (2017) « Impression et recuits sélectifs d’encres métalliques sur papier – Optimisation des propriétés électriques de boucles RFID-HF en vue d’une production industrielle » Thèse de doctorat en Mécanique des fluides, Énergétique, Procédés sous la direction de Nadège Reverdy-Bruas ; 12-07-2017 (résumé)
  6. Delphine Bechevet (2005) « Contribution au développement de tag RFID, UHF et microondes, sur matériaux plastiques » ; Thèse de doctorat en Optique et radiofréquences soutenue sous la direction de Smaïl Tedjini. à l’INPG de Grenoble (résumé)
  7. Mathieu Fenoll (2007), « Optimisation des paramètres d'impression pour l'électronique imprimée sur supports souples » ; Thèse de doctorat en Génie des procédés, soutenue sous la direction de Éliane Rousset et de Robert Catusse à Grenoble INPG)
  8. Mathieu M. (2017) De l'encre biosensible pour des tatouages intelligents|  ; avec vidéo
  9. X.Zhu & al; (2017) Intelligent tattoos, patches, and other wearable biosensors ; Medical Biosensors for Point of Care (POC) Applications ; (Pages 133-150) | mis en ligne le 26 aout 2016 |https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100072-4.00006-X

Articles connexes

Bibliographie
  • Berteaud, A. J. (1986). « Encres conductrices thermodurcissables et leurs applications. » Revue de physique appliquée, 21(11), 665-668.
  • Aurore Denneulin (2010) Inkjet printing of conductive inks for RFID technology: Influence of substrate, ink and process ; thèse de doctorat en matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie. Soutenue sous la direction d'Anne Blayo à Grenoble INPG (résumé).
  • Ferrara M & Bengisu M (2014) Materials that Change Color for Intelligent Design. In Materials that Change Color (p. 81-100). Springer, Cham.

Liens externes
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