Nano-impression électrique pour la fabrication industrielle de capteurs à base de nanoparticules – ELECNANOPRINT

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De nombreux pays, dont la France, ont lancé au cours de ces dernières années des programmes ambitieux de R&D destinés à favoriser l'émergence des nanotechnologies. Ce vif intérêt est motivé par l’exploration des nouvelles propriétés associées aux nano-objets qui ouvrent la voie à de nombreuses applications potentielles. C'est le cas en particulier des nanoparticules colloïdales, qui peuvent être synthétisées en solution et en grande quantité par des méthodes chimiques bas-coût, et dont les propriétés originales pourraient être utilisées dans des capteurs innovants à condition de développer des techniques d'intégration permettant de les assembler de façon contrôlée sur des surfaces.

L'objectif du projet ELECNANOPRINT est d'apporter une solution à ce verrou technologique et de démontrer que le procédé de "nano-impression électrique" breveté par le Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets (LPCNO) de Toulouse permet de réaliser en grande série et à bas-coût des capteurs à base de nanoparticules aux performances supérieures à celles des capteurs conventionnels en raison de leur extrême miniaturisation, de leur faible consommation et de leur très forte sensibilité.

Ce procédé, dont la preuve de concept a d'ores-et-déjà été apportée, consiste à structurer topographiquement et électriquement en une seule étape une couche d’électret polymère thermoplastique, chauffée au-dessus de sa température de transition vitreuse, en lui appliquant un moule conducteur en silicium comportant des motifs micro- ou nanométriques puis en polarisant l'ensemble moule/couche. L'immersion de la surface ainsi structurée dans une solution de nanoparticules colloïdales permet alors de piéger de manière sélective ces nanoparticules au fond des motifs chargés par interaction électrostatique et donc d'obtenir en quelques minutes des milliers de motifs comportant des nanoparticules pouvant être utilisées en tant que zone active de capteurs.

Pour mener à bien ce projet et aboutir au transfert technologique des procédés et des produits qui seront développés, le LPCNO sera accompagné par le LAboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE) de Toulouse et par le département Valorisation du Pôle de Recherche et d'Enseignement Supérieur de l'Université de Toulouse (VALO-PRES). L'expertise du LAPLACE sur les matériaux diélectriques sera précieuse pour comprendre les mécanismes d’injection, de piégeage et de transport de charges dans les couches d’électrets polymères à la base du procédé de nano-impression électrique et converger plus rapidement vers son optimisation. De son côté, le VALO-PRES identifiera les entreprises susceptibles d’être intéressées par cette technologie en vue d'aboutir à des accords de licence au terme du projet.

Le déroulement du projet ELECNANOPRINT se fera en trois étapes principales. La première étape visera à étudier les mécanismes d’injection, de piégeage et transport électrique de charges à la base de la nano-impression électrique afin d'optimiser le procédé. La deuxième étape concernera la réalisation en grande série de différents types de capteurs à nanoparticules dont des jauges de contrainte et des capteurs d'humidité afin de prouver le potentiel d'application industrielle de la nano-impression électrique. La troisième étape visera à assurer la valorisation des résultats issus du projet.