Le graphène pour réaliser des composants électroniques de grande surface

Le graphène conduit l'électricité et la chaleur, mais il est aussi transparent. Il a été produit la première fois en 2004 à partir de graphite. Six ans plus tard, la découverte de ce matériau a été récompensée par le prix Nobel de physique, et on lui trouve sans cesse de nouvelles applications.

L'UE soutient le projet GLADIATOR (Graphene layers: Production, characterization and integration) en vue de produire à l'échelle industrielle des feuilles de graphène de plus grande surface, de meilleure qualité et à moindre coût. Ceci permettra au graphène de remplacer l'oxyde d'indium pour réaliser les électrodes transparentes des écrans, un marché qui devrait peser 11 millions de dollars en 2016.

Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est peut-être la meilleure méthode pour produire du graphène, mais il reste difficile de le produire en grande quantité, avec une haute qualité et sans dopant. La méthode par CVD a donc une importance critique. Durant la première année du projet, l'équipe a optimisé les catalyseurs et élargi leur couverture du substrat. Les scientifiques ont réussi à réutiliser cinq fois les catalyseurs au cuivre servant au processus de transfert, généralement coûteux, sans réduire la qualité du graphène. Cette technique d'économie des ressources naturelles a été brevetée.

Les chercheurs ont aussi enregistré d'importants progrès dans l'amélioration de la conductivité du graphène, grâce à un dopage externe. Ils ont aussi largement amélioré les propriétés du substrat et des barrières, pour éviter que l'eau et l'humidité endommagent des dispositifs électroniques souples, transparents et de grande surface, comme les diodes électroluminescentes organiques (OLED).

L'une des principales difficultés de la fabrication par CVD est de séparer le graphène du substrat, surtout pour de grandes surfaces. Les scientifiques ont déjà réduit d'un ordre de magnitude le délai moyen pour décoller des feuilles de grande taille, et étudient la possibilité de retirer des feuilles plus petites et de les «recoller» pour réaliser une sorte de «patchwork» de graphène.

Les chercheurs développent un outil en ligne afin de surveiller le processus de CVD et d'évaluer les propriétés optiques et électriques du graphène, et ils le complèteront par une méthode d'évaluation des propriétés électriques après décollement du substrat. Ils ont achevé des tests de toxicité in vitro et les complètent par des tests in vivo, avec des résultats prometteurs.

Les 16 partenaires du consortium de GLADIATOR ont atteint la masse critique voulue pour mettre au point une technique qui améliorera la production du graphène. Le projet a déjà déposé un brevet et publié plusieurs articles de haut niveau. Ses travaux pourraient avoir un impact socioéconomique majeur.