Des ingénieurs testent le premier transistor imprimable et entièrement recyclable au monde dans le cadre d’un biocapteur de lactate.

Une grande partie des appareils électroniques mis au rebut en fin de vie ne sont jamais recyclés, et une grande partie du problème réside dans la difficulté de séparer et de récupérer les matériaux précieux qui les composent. Afin de résoudre ce problème, des ingénieurs de l’université de Duke ont mis au point la première électronique imprimée entièrement recyclable au monde, sous la forme d’un transistor qui peut être réduit à ses éléments constitutifs d’origine à l’aide de bains et d’ondes sonores.

Cette dernière avancée dans le monde de l’électronique imprimable, où les encres conductrices se combinent aux techniques d’impression courantes pour créer des circuits électroniques fins et flexibles, est le fruit de l’expérimentation de la nanocellulose. Dérivé de plantes et souvent de déchets de bois, nous avons vu comment ce matériau commun pouvait être utilisé dans des filtres à eau avancés, des batteries souples et des plastiques écologiques.

Nous avons également vu précédemment comment elle pouvait être utilisée comme substrat pour les puces informatiques à base de bois, mais les ingénieurs de l’université de Duke ont visé un peu plus haut, en cherchant à tirer parti de son potentiel en tant que matériau isolant pour produire un composant informatique encore plus écologique.

« La nanocellulose est biodégradable et est utilisée depuis des années dans des applications telles que les emballages », explique Aaron Franklin, auteur de l’étude. « Et si les gens connaissent depuis longtemps ses applications potentielles en tant qu’isolant dans l’électronique, personne n’avait encore trouvé comment l’utiliser dans une encre imprimable. C’est l’une des clés pour rendre fonctionnels ces dispositifs entièrement recyclables. »

Aaron Franklin et son équipe semblent avoir trouvé un moyen d’incorporer la nanocellulose dans une encre imprimable, en la réduisant à une forme cristalline et en y ajoutant une pincée de sel. Cette encre isolante et diélectrique a été combinée à une encre conductrice à base de graphène et à une encre semi-conductrice à base de nanotubes de carbone, pour former un transistor entièrement en carbone qui peut être imprimé sur un substrat en papier à l’aide d’un jet d’aérosol à température ambiante.

Rendu 3D du premier transistor imprimable et entièrement recyclable au monde

Lors des tests, l’équipe a démontré ses capacités en tant que capteur de lactate sur papier et a déclaré que le transistor était suffisamment performant pour servir à une série d’utilisations, restant stable pendant six mois.

Le processus de recyclage du transistor commence par le plonger dans une série de bains, et le faire vibrer doucement avec des ondes sonores. La centrifugation de la solution obtenue permet ensuite de récupérer les nanotubes de carbone et le graphène avec un rendement proche de 100 %, pour les réutiliser avec le même procédé d’impression. La nanocellulose, quant à elle, peut être recyclée avec le support papier.

« Les produits électroniques recyclables de ce type ne vont pas remplacer toute une industrie d’un demi-milliard de dollars, loin s’en faut, et nous sommes certainement loin d’imprimer des processeurs informatiques recyclables », déclare Aaron Franklin. « Mais la démonstration de ces types de nouveaux matériaux et de leur fonctionnalité est, espérons-le, un pas dans la bonne direction pour un nouveau type de cycle de vie de l’électronique. »

https://www.nature.com/articles/s41928-021-00574-0

https://pratt.duke.edu/about/news/recyclable-printed-electronics