Etiquettes intelligentes multi-spectrales à base de matériaux électrochromes plasmoniques – PECLABEL

Les dispositifs plasmoniques actifs sont récemment apparus comme des technologies électroniques intelligentes aux caractéristiques optiques adaptables. Les nanocristaux d'oxydes métalliques hautement dopés présentent des densités de porteurs de charge conduisant à des résonances plasmoniques de surface localisées (LSPR) dans la gamme spectrale proche infrarouge (NIR). La résonance des porteurs libres peut ensuite être modulée par un processus électrochimique, et le changement de concentration de porteurs induit un décalage de la fréquence LSPR ainsi qu'un changement d'absorption optique, donnant lieu à l'électrochromisme plasmonique. Ces nanomatériaux, aux performances prometteuses pour des dispositifs de vitrage avancés (i.e. fenêtres intelligentes), présentent également un fort potentiel pour les dispositifs d'affichage et d'étiquetage actifs, visant des applications liées à l'emballage intelligent, à la surveillance environnementale, aux diagnostics jetables et à la signalisation routière, entre autres. A ce jour, les étiquettes électrochromes sont majoritairement constituées de composés organiques et polymères : malgré leur facilité de traitement, leur polyvalence et leur contrôle élevé des propriétés optiques, ils manquent de robustesse et leur stabilité de commutation à long terme notamment dans des environnements difficiles (chaleur, humidité, stress) ainsi que leur recyclabilité restent à améliorer. Dans ce contexte, il existe un besoin critique pour des formulations plus durables présentant une stabilité chimique, thermique et mécanique accrue ainsi que de meilleures efficacité de coloration et tenue de stabilité.

Le projet PECLABEL vise à développer une technologie innovante d'afficheurs électrochromes actifs dans le visible et l’IR basée sur des nanomatériaux d'oxydes métalliques inorganiques. Des nanostructures électrochromes plasmoniques à base d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium AZO, d'oxyde d'indium dopé à l'étain ITO et d'oxyde de tungstène sous-stoechiométrique WO3-x seront synthétisées chimiquement et caractérisées avant d’être déposées en films minces fonctionnels sur des substrats flexibles (notamment biosourcés), pour être intégrées dans des dispositifs. Les formulations de matériaux seront obtenues sous forme d'encres imprimables, éco-conçues et peu toxiques, et les procédés de fabrication seront rendus compatibles avec l'impression graphique standard, conduisant à des dispositifs d'étiquetage intelligents fins, flexibles, robustes et à très faible consommation. Ils pourront être produits dans une large gamme de formes, de motifs et de tailles différents, de façon avantageuse pour la conception et l'intégration du produit. Ces nouvelles encres à base d'oxyde métallique seront en outre imprimées en tant que dispositifs d'étiquetage électrochromes fonctionnels, notamment en tant que QR codes à couleur accordable, en vue d'une intégration avancée dans des systèmes d'emballage intelligents. Les progrès réalisés sur le contrôle de la gamme spectrale vis. et/ou IR permettront également d'envisager plusieurs domaines d'applications.

PECLABEL s'appuie sur des concepts et approches fortement innovants et ambitieux, associés à la conception et la caractérisation de nouveaux matériaux fonctionnels intelligents pour des applications liées à l'énergie et à l'électronique. Le projet de 36 mois implique une université (Université de Liège), trois centres de recherche/industriels (CNRS-ICMCB, LEITAT et VTT) et trois petites ou moyennes entreprises (Color Sensing, Optitune, NordicID) basés dans quatre pays différents (Belgique, France, Espagne et Finlande), regroupant ainsi des acteurs tout au long du processus de R&D et de la chaîne de valeur. Avec un TRL de départ de 2, le projet débute par la synthèse de nouvelles nanostructures de matériaux électrochromes plasmoniques. L'objectif final est d'atteindre un TRL de 6, avec la réalisation de démonstrateurs pré-industriels activés par une alimentation sans fil.