02.09.2022 - Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt)

L'électronique verte en bois

Capteurs et actionneurs du futur

Des composants électroniques durables peuvent être fabriqués à partir de bois grâce à un nouveau procédé qui consiste à graver au laser des structures conductrices d'électricité sur des placages. Une équipe de recherche de l'Empa et de l'Institut des matériaux de construction de l'EPFZ a mis au point une méthode pratique et polyvalente pour rendre les surfaces en bois électriquement conductrices.

Les déchets électroniques non biodégradables continuent de s'accumuler année après année. C'est pourquoi la fabrication de composants électroniques, au moins en partie à partir d'une matière première naturelle comme le bois, semble une solution évidente. Mais c'est plus facile à dire qu'à faire. D'une part, le bois est naturellement un isolant électrique. De plus, sa structure est complexe, ce qui rend difficile l'obtention de propriétés électriques homogènes lors de la fabrication à grande échelle.

Une équipe de recherche de l'Empa et de l'Institut des matériaux de construction de l'EPFZ a développé une méthode pratique et polyvalente pour rendre les surfaces en bois électriquement conductrices en les graphitant. Il est ainsi possible de produire à grande échelle et avec une grande efficacité des appareils tels que des panneaux tactiles et des capteurs. L'astuce consiste à prétraiter le bois avec une encre contenant du fer. Le projet, dirigé par Ingo Burgert et Guido Panzarasa, a été soutenu par le Fonds national suisse de la recherche scientifique.

Une encre du Moyen Âge

Pour réaliser des structures conductrices sur le bois, la nouvelle méthode améliore un procédé existant appelé graphitisation induite par laser. Un laser peut graver de fines lignes dans des planches de bois, ou placages. Dans ce processus, l'énergie du faisceau laser chauffe le bois, provoquant une série d'événements pyrolytiques conduisant à la formation de graphite électriquement conducteur. Cependant, les motifs conducteurs obtenus sont irréguliers en profondeur et en largeur, et il existe également un risque d'incendie dû à la surchauffe. Souvent, de multiples étapes de post-traitement au laser sont également nécessaires. "La densité du bois varie en fonction de l'essence et de la croissance de l'arbre", explique Christopher Dreimol, premier auteur de l'étude. "Il peut en résulter une graphitisation très inégale".

L'équipe de recherche a donc eu l'idée d'utiliser le fer comme catalyseur pour permettre un processus plus doux et une surface beaucoup plus homogène. À la recherche d'un matériau catalytique d'origine biologique, Dreimol s'est inspiré de l'encre de fer, un mélange de sel de fer et de tanins utilisé dès le Moyen Âge pour écrire. Après avoir optimisé la recette, M. Dreimol a recouvert une variété de placages de bois d'une fine couche d'encre, puis les a soumis au traitement laser.

La couche d'encre a eu l'effet escompté. Les motifs gravés après un seul passage présentaient une structure et une conductivité plus uniformes, indépendamment des différences de structure et de type de bois. "Grâce à l'encre, le bois est transformé si rapidement en graphite qu'il y a moins de dommages thermiques et aucun risque d'incendie", explique M. Dreimol. En outre, la quantité de bois ablaté est bien moindre. Les motifs ne font que quelques micromètres de profondeur et peuvent donc être gravés dans le placage le plus fin sans l'endommager.

Du bois luminescent pour les écrans

L'équipe a ensuite utilisé sa nouvelle méthode pour produire des composants électroniques d'essai à partir de placages d'épicéa, de cerisier et de hêtre d'une épaisseur inférieure à un demi-millimètre. Selon M. Dreimol, les capteurs de contrainte pliables pourraient être intégrés discrètement dans les éléments en bois porteurs des bâtiments, ce qui permettrait de surveiller en permanence l'état de leur structure. Les chercheurs ont également réussi à faire briller le bois ultrafin au moyen d'une couche électroluminescente. Malgré le grain du placage, une illumination homogène a été obtenue. Il s'agit d'un résultat sans précédent qui pourrait être utilisé dans des applications telles que le rétroéclairage d'écrans ou de panneaux publicitaires et de commande. Pour le bois électroluminescent, les chercheurs ont toutefois utilisé des câblages et des composants électroniques encore conventionnels. À l'avenir, ceux-ci pourraient également être partiellement remplacés par du bois conducteur.

La prochaine étape consiste à affiner et à développer la méthode pour une utilisation à grande échelle : "Le fait que nous puissions désormais traiter des surfaces relativement importantes en un temps acceptable est le premier pas vers l'industrialisation des composants électroniques en bois", déclare M. Dreimol.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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