Du sucre pour accroître les performances en électronique

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Des chercheurs du CNRS ont mis au point des films ultra-minces, capables de s’auto-organiser à une haute résolution. Cette avancée ouvre des perspectives notamment en électronique souple, et dans le photovoltaïque.

Des clés USB stockant six fois plus d’informations que les dispositifs actuels, des cellules photovoltaïques encore plus performantes, des circuits imprimés miniaturisés, etc. C’est ce qui pourrait découler des travaux de l’équipe de Redouane Borsali, directeur de recherche CNRS du Centre de recherches sur les macromolécules végétales (Cermav). Cette étude, soutenue par la fondation Nanosciences de Grenoble et réalisée en collaboration avec l’université américaine d’Austin (Texas), a permis de mettre au point une classe de films minces nano-organisés, associant des polymères synthétiques issus du pétrole (polystyrène silicié) et des sucres (oligosaccharides, polysaccharides, etc.). « Ces films en matériaux hybrides offrent de meilleures propriétés que les films entièrement constitués de polymères synthétiques », souligne Redouane Borsali. En effet, ces glycopolymères s’auto-organisent en une structure prenant la forme de cylindres de sucres inclus au sein d’une matrice de polymères synthétiques. Chaque structure possède une taille de 5 nanomètres, soit 4 fois plus petite qu’avec des copolymères issus du pétrole. « Pour augmenter la résolution d’un film nano-organisé, il est nécessaire de diminuer la masse totale du polymère, ce qui fait disparaître toute nano-organisation. L’intérêt de notre film hybride, c’est qu’il associe des blocs très incompatibles même à faible masse, recréant cette organisation subnanométrique. Cela permet donc de créer un film combinant haute résolution de structure et nano-organisation », souligne le directeur de recherche. En outre, cette combinaison utilise le sucre, ressource abondante, renouvelable et biodégradable.

Un large panel d’applications

La découverte de l’équipe du Cermav promet de nombreuses applications, notamment dans la nanolithographie des circuits en électronique. « Il est ainsi possible de fabriquer un circuit imprimé avec des structures haute résolution, en extrayant les sucres (par des techniques de plasma oxygène ou autres) et en les remplaçant par des composés électroniques d’intérêts », indique Redouane Borsali. Concrètement, ces travaux aideraient à démultiplier la capacité des systèmes de stockage (disques durs, clés USB, etc.) ainsi que la rapidité des micro-processeurs. Les films de copolymères hybrides permettraient également de mettre au point des cellules photovoltaïques innovantes. « Les cellules actuelles utilisent des polymères de synthèse qui ne possèdent pas de nano-organisation en dessous de 10 nm, d’où le faible rendement aujourd’hui. Les films ultra-minces à base de glycopolymères mis au point au Cermav permettraient d’augmenter le rendement de l’échange électronique, du fait de la distance plus faible entre deux structures (5 nm), et de la présence d’une nano-organisation », affirme le chercheur. Enfin, ces films aideraient à élaborer une nouvelle génération de biocapteurs. « Nous souhaiterions mettre au point une sorte de “puce à sucre“ sur le modèle de la puce à ADN, qui contient des cylindres de sucres fonctionnalisés capables d’interagir avec des protéines d’intérêt », précise Redouane Borsali.

Les chercheurs du Cermav s’attellent également à élaborer une méthode pour mieux contrôler l’assemblage à grande échelle des copolymères, notamment pour des films de l’ordre du cm2. Ils cherchent aussi à mettre au point une méthode plus durable pour la synthèse des copolymères, qui utilise encore des solvants chimiques nocifs pour l’environnement. « Des travaux sont également à effectuer pour fabriquer des films constitués de copolymères à architectures contrôlées (tri-blocs, …). Nous étudions également la possibilité d’élaborer des films entièrement biosourcés, mais avec des copolymères biosourcés suffisamment incompatibles pour garder cette nanoorganisation », détaille Re­douane Borsali. Les travaux réalisés par l’équipe du Cermav ont déjà fait l’objet de deux brevets, ce qui leur offre des opportunités de collaboration dans l’industrie de la nanoélectronique. Et d’autres pourraient suivre dans d’autres secteurs. « Nous avons également mis au point des nanoparticules, à base de copolymères entièrement biosourcés, se basant sur le principe des films, ce qui pourrait ainsi intéresser les secteurs de la cosmétique et de la pharmacie », conclut le directeur de recherche du Cermav.

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