Dépôt des particules d’oxydes de zinc – Photo MEB, UTINAM
Pour entrer pleinement dans l’ère de l’industrie 4.0, les entreprises ont besoin de faire évoluer leurs équipements, notamment en termes de capteurs. Développer des matériaux et des techniques de fabrication innovantes pour de nouveaux types de capteurs, peu encombrants, mécaniquement souples et relativement peu coûteux est ainsi un domaine de recherche d’actualité.
MACAFLEX a pour objectif l’élaboration de capteurs photosensibles, flexibles et transparents. Le projet combine les compétences de spécialistes en chimie et en nanosciences, de part et d’autre de la frontière, impliquant l’équipe Matériaux et surfaces fonctionnels de l’Institut UTINAM à l’université de Franche-Comté et le Laboratoire des Applications de nanosciences (COMATEC-LANS) de la HEIG-VD / HES-SO.
« Les capteurs mis au point sont photosensibles, ils transforment l’énergie lumineuse qu’ils reçoivent en électricité, comme les cellules photovoltaïques, mais ces nouveaux capteurs optoélectroniques ont l’avantage d’être minces et mécaniquement souples, une combinaison de propriétés innovantes », explique Claudine Filiâtre à l’Institut UTINAM / UFC. « Ce sont des films hybrides, composés d’un polymère PEDOT:PSS, conducteur, capable d’une grande déformation plastique, et d’un dépôt de nanoparticules d’oxydes de zinc ».
La synthèse et le dépôt électrophorétique de nanoparticules, tels les oxydes de zinc, et les assemblages de ces particules avec des polymères conducteurs sont des spécialités de l’institut comtois. L’hybridation des deux matériaux pour développer des capteurs photosensibles se base sur des recherches antérieures du laboratoire suisse, qui a récemment mis au point des capteurs photosensibles transparents et imprimables.
La nouveauté de MACAFLEX consiste en l’utilisation de nano- et microparticules pour ces capteurs. Les deux laboratoires ont pu mettre en commun différentes méthodes d’élaboration et les comparer grâce à des analyses de propriétés électriques effectuées par l’équipe suisse au laboratoire COMATEC-LANS. Différents films ont été réalisés à UTINAM en modifiant les concentrations en particules d’oxyde de zinc ainsi que les conditions de dépôts. Ces films ont été caractérisés par mesures des propriétés électriques montrant la conductivité du polymère et des barrières électroniques des capteurs photosensibles.
Exemples de mesures topographiques par profilométrie optique d’un système multicouche hybride (gauche) et d’un film nano-poreux d’oxyde de zinc (ZnO) (droite). Figures adaptées depuis l’article publié, disponible sur IEEEXplore (1)
COMATEC-LANS maîtrise par ailleurs plusieurs techniques de dépôt de polymères et des techniques d’impression jet d’encre, dont l’utilisation pour la fabrication des films hybrides pourra à la fois conférer de la liberté de forme aux dispositifs et faciliter par la suite un transfert technologique réaliste et l’encadrement des coûts de production.
Ces capteurs souples et transparents sont susceptibles d’intéresser l’industrie, en particulier dans le domaine de la robotique collaborative ou interactive : ils sont à même de s’adapter facilement aux surfaces des systèmes et de réagir sous l’influence de lumière.
MACAFLEX est un projet soutenu par la Communauté du savoir, qui a permis aux deux équipes de se rencontrer plusieurs fois pendant les quatre mois qu’a duré la collaboration en 2019, et de dégager les budgets nécessaires pour une partie de la recherche effectuée.
« La réactivité de la CdS a été exemplaire, et les financements obtenus du dispositif Interreg nous ont donné les moyens d’avancer de façon très satisfaisante », témoigne Claudine Filiâtre, qui rappelle la genèse du projet en quelques mots : « C’est lors d’une visite à la HEIG-VD auprès d’un étudiant en stage que mon collègue Cédric Buron a eu l’occasion de rencontrer Silvia Schintke, responsable du Laboratoire des Applications de nanosciences (COMATEC-LANS), qui a porté le projet par la suite. Nous avons compris le potentiel que pouvait représenter une association entre nos deux entités de recherche ».
En août 2019, MACAFLEX naît de cette intuition et donne l’opportunité de tester la viabilité de la collaboration, d’élaborer un cahier des charges commun et de véritablement lancer la recherche. La démarche porte ses fruits, elle donne lieu en quelques mois à peine à des résultats encourageants, à une présentation de résultats lors d’un congrès international et à une publication scientifique conjointe. Initiée sous les meilleurs auspices grâce au soutien de la CdS, cette collaboration franco-suisse devrait faire l’objet de nouveaux accords afin d’assurer la poursuite de travaux prometteurs.
