Le graphène pourrait contribuer à réduire notre dépendance à l’égard de l’indium, un élément rare, pour les écrans tactiles.
L’indium est l’un des métaux les plus rares sur Terre, mais c’est un ingrédient clé des appareils électroniques omniprésents. Des ingénieurs ont démontré qu’il était possible de remplacer l’indium par du graphène et de fabriquer des appareils ayant exactement les mêmes propriétés électroniques.
Les films minces d’oxyde d’indium et d’étain (ITO) sont hautement conducteurs d’électricité et transparents à la lumière, ce qui les rend parfaits pour toute une série de technologies d’affichage, notamment les écrans LCD, OLED, l’encre électronique et les écrans tactiles, ainsi que pour l’éclairage LED, les revêtements de verre et les cellules solaires.
Le problème est que l’indium n’est pas vraiment commun. Bien qu’il soit techniquement plus abondant que des éléments comme l’or et l’argent, l’indium est rarement présent sous forme élémentaire dans la croûte terrestre. Il doit donc être extrait comme sous-produit des minerais exploités pour d’autres métaux, généralement le zinc. C’est pourquoi il figure sur les listes de matières premières critiques en Europe, aux États-Unis, en Australie et au Japon.
Il n’est donc pas surprenant que les scientifiques cherchent des alternatives plus communes. Des travaux antérieurs ont trouvé des candidats prometteurs dans les nanotubes de carbone, les nanofils de cuivre ou les nouveaux polymères vitreux. Dans une nouvelle étude, des chercheurs de Paragraf et de l’université Queen Mary de Londres ont peut-être trouvé une solution, sous la forme du matériau miracle préféré de tous : le graphène.
Composé d’une feuille de carbone d’un seul atome d’épaisseur, le graphène présente une variété de propriétés électroniques et optiques utiles, sans oublier que le carbone est l’un des éléments les plus abondants sur Terre.
Les chercheurs ont commencé par déposer une couche de graphène sur un substrat transparent, à l’aide d’une technique appelée « metal-organic chemical vapor deposition ». Le graphène est dopé à l’acide nitrique pour augmenter sa conductivité, puis gravé au laser selon un motif spécifique pour en faire une anode. Selon l’équipe, le dispositif OLED à base de graphène qui en résulte est tout aussi performant que les anciens dispositifs à base d’oxyde d’indium et d’étain.
Bien que d’autres études aient montré comment le graphène peut être utilisé pour remplacer l’indium, les dispositifs obtenus n’étaient pas aussi efficaces et conducteurs que les originaux. Selon l’équipe, le problème principal est que le graphène est généralement déposé sur un catalyseur métallique à l’aide d’une méthode de dépôt différente, puis transféré sur le substrat transparent, mais cette étape supplémentaire peut introduire des impuretés qui affectent les performances.
« En raison de son importance et de sa rareté, il y a eu de nombreuses tentatives pour remplacer l’ITO, mais aucun matériau n’a été trouvé pour avoir une performance comparable dans un dispositif électronique ou optique jusqu’à présent », explique le professeur Colin Humphreys, coauteur de l’étude. « Notre article est le premier au monde à démontrer que le graphène peut remplacer l’ITO dans un dispositif électronique/optique. Nous avons montré qu’une OLED en graphène a des performances identiques à une OLED en ITO. »
Mais il reste encore quelques pièces du puzzle à résoudre avant que le matériau dit « miracle » ne devienne la solution miracle que les scientifiques espèrent. Malgré sa rareté, l’indium est encore relativement bon marché, tandis que le graphène est actuellement coûteux à produire en masse. Ce paysage économique est toutefois en train de changer, avec des entreprises comme Paragraf qui développent des méthodes de production permettant de produire du graphène à plus grande échelle et à moindre coût.
