Nouvelle "encre" pour l'impression 3D par la lumière
Les polymères conducteurs ouvrent de nouvelles perspectives pour l'impression tridimensionnelle de dispositifs optoélectroniques
Un nouveau type d'"encre" permet d'imprimer en 3D des polymères électrochimiquement commutables et conducteurs à l'aide d'un processus basé sur la lumière. Des chercheurs des universités de Heidelberg et de Stuttgart sont parvenus à fabriquer des polymères redox utiles pour la fabrication additive par traitement numérique de la lumière. Les structures complexes en deux et trois dimensions ainsi créées peuvent être manipulées électrochimiquement pour changer de couleur. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour la fabrication de dispositifs optoélectroniques imprimés en 3D. Les travaux de recherche ont été menés au sein du groupe de formation à la recherche "Mixed Ionic-Electronic Transport : From Fundamentals to Applications", qui est soutenu par les deux universités.
Le traitement numérique de la lumière (DLP) est un processus d'impression 3D basé sur la lumière dans lequel une "encre" sensible à la lumière est incorporée, couche par couche, dans un objet tridimensionnel par le biais d'un rayonnement sélectif de lumière UV. Par rapport à d'autres procédés de fabrication additive, la DLP permet de fabriquer rapidement des structures complexes. "Bien que cette technologie ait déjà été utilisée avec succès en dentisterie, par exemple, l'impression DLP de polymères conducteurs pour des applications en optoélectronique était jusqu'à présent un défi", explique le professeur Eva Blasco. La chercheuse et son équipe de l'Institut d'ingénierie des systèmes moléculaires et des matériaux avancés de l'université de Heidelberg étudient des matériaux fonctionnels uniques pour l'impression 3D. Le projet a été mené en étroite collaboration avec le professeur Sabine Ludwigs et son groupe de l'Institut de chimie des polymères de l'université de Stuttgart, experts en polymères conducteurs et en commutation électrochimique.
Les deux équipes de recherche ont mis au point une nouvelle "encre" à base de méthacrylate qui comporte des groupes carbazole à activité redox. Ces unités redox permettent à ces matériaux de donner ou d'accepter des électrons dans leurs chaînes polymères, ce qui les rend électriquement conducteurs et capables de changer de couleur en fonction de leur état d'oxydation ou de réduction. Dans leurs travaux actuels, les chercheurs ont pu utiliser cette formulation d'encre photoconductrice pour fabriquer des structures qui peuvent être manipulées électrochimiquement même après l'impression, leurs propriétés restant commutables. "Cette recherche a été rendue possible par une étroite coopération interdisciplinaire dans nos laboratoires de Heidelberg et de Stuttgart", soulignent Christian Delavier et Svenja Bechtold, qui préparent tous deux leur thèse au sein du groupe de formation à la recherche.
En utilisant cette formulation d'encre contenant du carbazole, des réseaux de pixels bidimensionnels et des motifs en damier, ainsi qu'une pyramide tridimensionnelle multicouche, ont été fabriqués directement de manière additive. Presque transparentes à l'origine, ces structures complexes ont d'abord pris une couleur vert clair par stimulation électrochimique, puis sont devenues vert foncé et enfin pratiquement noires. "Ce processus est totalement réversible et peut être contrôlé jusqu'au niveau du pixel en fonction de la structure. Le contrôle dans la troisième dimension, c'est-à-dire en ce qui concerne la hauteur des architectures, est particulièrement intéressant", ajoute Sabine Ludwigs. Selon les professeurs Blasco et Ludwigs, la combinaison de l'impression 3D à haute résolution, basée sur la lumière, et des polymères redox ouvre de nouvelles possibilités pour la fabrication additive d'écrans à pixels ou d'actionneurs pour des applications robotiques souples dans lesquelles le volume peut être commuté par voie électrochimique.
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