Un nouveau défi pour les nano-fibres plastiques

Synthétiser des nano-fibres plastiques hautement conductrices, voici le défi qu’ont relevé deux équipes de recherche de l’Institut Charles Sadron et de l’Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS). Ils souhaitent maintenant adapter leurs fibres à des systèmes ultra-miniaturisés.

Les premiers à utiliser les matières plastiques furent les Mayas. Ceux-ci ont appris à apprivoiser le caoutchouc naturel. Plus récemment, en 1907, le chimiste belge Léo Baekeland présente la première matière plastique totalement synthétique baptisée « bakélite ». De nos jours, les évolutions de ses matériaux plastiques se succèdent mais ne se ressemblent pas. Ainsi, combiner les avantages des matières plastiques : moulage, légèreté, avec la conductivité des métaux suscite une intense activité de recherche.

Deux équipes de recherche du CNRS et de l’Université de Strasbourg ont collaboré, dirigées par Nicolas Giuseppone (Institut Charles Sadron) et Bernard Doudin (Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg). Ces chercheurs ont souhaité « relever l’un des plus important défis de l’électronique du 21ème siècle : miniaturiser ses composants jusqu’à l’échelle nanométrique ». Leur but final est donc d’élaborer des fibres pouvant intégrer des appareils électriques miniaturisés tels que les écrans souples, cellules solaires, transistors, nano-circuits imprimés…

Leurs recherches ont permis la fabrication de fibres plastiques fortement conductrices et de seulement quelques nanomètres d’épaisseurs. Le plus impressionnant est que ces fibres se construisent d’elles-mêmes sous l’action d’un flash lumineux. Cette méthode, peu coûteuse, permet d’obtenir des fibres faciles à manipuler, légères et flexibles. Elles sont également capables de transporter des densités de courant supérieur à 2.106 A.cm-2, approchant ainsi les capacités des fils de cuivre. Ces résultats ont fait l’objet d’un brevet déposé par le CNRS et d’une publication dans Nature Chemistry.

Pour arriver à ces résultats, les deux équipes de recherche ont d’abord travaillé séparément. L’équipe de Nicolas Giuseppone a étudié de près des molécules de synthèse : les « triarylamines ». Ces molécules sont habituellement utilisées dans le procédé de photocopie Xénox©. Elles allient les avantages des métaux et des polymères. Leur réaction à la lumière et en solution est étonnante : elles vont s’empiler spontanément de manière régulière pour former des fibres miniatures. Ces fibres vont mesurer des centaines de nanomètres et se présenter sous la forme d’un assemblage dit « supramoléculaire » de plusieurs milliers de molécules.

Nanofibres_projetVue d’artiste établie à partir d’une image réelle de microscopie à force atomique (AFM) montrant des fibres supramoléculaires conductrices piégées entre deux électrodes d’or séparées par une distance de 100 nm. Chaque fibre plastique est composée de plusieurs fibrilles, et capable de transporter les charges électriques avec la même efficacité qu’un métal.

L’équipe de Bernard Doudin va quant à elle travailler sur la propriété conductrice de la molécule. Ils vont appliquer un champ électrique entre deux électrodes d’or à 100 nm l’une de l’autre et plongées dans une solution contenant les molécules de « triarylamines ». Lorsqu’ils induisent un flash lumineux, ils obtiennent ainsi la formation de fibres entre ces électrodes.

Références

Light-triggered Self-construction of Supramolecular Organic Nanowires as Metallic Interconnects. Vina Faramarzi, Frédéric Niess, Emilie Moulin, Mounir Maaloum, Jean-François Dayen, Jean-Baptiste Beaufrand, Silvia Zanettini, Bernard Doudin, and Nicolas Giuseppone.

Nature Chemistry, En ligne le 22 avril 2012 (DOI: 10.1038/NCHEM.1332)

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