Ce travail présente l’élaboration d’Électrodes Conductrices Transparentes Flexibles (FTCEs) à base de nanocomposites conducteurs polymère/nanofils d’argent (AgNWs) à très haut facteur de forme. L’originalité de ces travaux réside dans le défi d’associer la conduction électrique en 2D, la transmittance optique et la flexibilité du revêtement.
Les nanofils sont obtenus via le procédé polyol afin d’obtenir des AgNWs à très haut facteur de forme (≈ 500) et sont ensuite incorporés dans une matrice polyuréthane (PU) pour réaliser les nanocomposites conducteurs. Ces composites sont déposés par pulvérisation sur un substrat transparent et flexible en polyéthylène téréphtalate (PET). Ce procédé d’élaboration permet l’obtention de revêtements fins et homogènes avec peu d’aspérités de surface. L’influence des AgNWs sur la morphologie ainsi que la structure des nanocomposites PU/AgNWs ont été étudiés. Une étude complète de modélisation du comportement mécanique des composites PU/AgNWs 2D a été effectuée afin de décrire le rôle du facteur de forme et l’orientation des AgNWs. Cette modélisation mécanique a permis de déterminer un facteur de forme effectif mécanique de l’ordre de 600.
L’étude du comportement électrique démontre une valeur du seuil de percolation faible d’environ 1,3 % vol. pour un système en deux dimensions associée à une résistivité de surface de l’ordre de 1 Ω/□. Cette valeur de seuil de percolation est cohérente avec une valeur de facteur de forme effectif de l’ordre de 425 pour un système en 2D. Les propriétés optiques ont été évaluées au travers de la mesure de la transmittance optique à 550 nm et mesurée à 70 % pour des revêtements faiblement chargés (< 1,5 % vol.). Des essais de fatigue de type « bending cycles » ont été réalisés sur les électrodes afin de simuler expérimentalement les conditions réelles d’utilisations des électrodes PET/PU/AgNWs. La conductivité de surface a été préservée tout en conservant une adhérence correcte au substrat PET après 1 000 cycles de flexion. Ces essais ont confirmé l’intérêt des électrodes PET/PU/AgNWs par rapport aux références d’électrodes ITO-PET commerciales.
Ces travaux mettent en lumière une approche innovante et originale dans la réalisation d’électrodes conductrices de nouvelle génération associant la flexibilité et la transparence. Le procédé de mise en œuvre résulte d’une prise en compte des problématiques de l’affichage souple sur substrat organique nécessitant de faibles températures de mise en œuvre et un nombre d’étapes simplifiées dans un souci de réduction de l’empreinte environnementale. |
This work presents the development of Transparent Flexible Conductive Electrodes (FTCEs) based on conductive polymer/silver nanowire nanocomposites (AgNWs) with a very high form aspect ratio. The originality of this work lies in the challenge of combining 2D electrical conduction, optical transmittance and coating flexibility.
The nanowires are synthesized via the polyol process to obtain AgNWs with a very high aspect ratio (≈ 500) and are then incorporated into a polyurethane (PU) matrix to create conductive nanocomposites. These composites are deposited by spraying onto a flexible and transparent polyethylene terephthalate (PET) substrate. This fabrication process results in thin and homogeneous coatings with minimal surface roughness. The influence of AgNWs on the morphology and structure of PU/AgNWs nanocomposites was studied. A comprehensive modeling study of the mechanical behavior of 2D PU/AgNWs composites was carried out to describe the role of the aspect ratio and the orientation of the AgNWs. This mechanical modeling made it possible to determine an effective mechanical aspect ratio of around 600.
The study of electrical behavior demonstrates a low percolation threshold value of approximately 1.3 vol.% for a two-dimensional system, associated with a surface resistivity of around 1 Ω/□. This percolation threshold value is consistent with an effective aspect ratio value of around 425 for a 2D system. The optical properties were evaluated by measuring optical transmittance at 550 nm, measured at 70% for lightly loaded coatings (<1.5 vol.%). Fatigue tests in the form of "bending cycles" were conducted on the electrodes to experimentally simulate the real usage conditions of the PET/PU/AgNWs electrodes. Surface conductivity was maintained while ensuring adequate adhesion to the PET substrate after 1,000 bending cycles. These tests confirmed the advantages of PET/PU/AgNWs electrodes compared to commercial ITO-PET electrode references.
This work highlights an innovative and original approach to the development of next-generation conductive electrodes, combining flexibility and transparency. The fabrication process takes into account the challenges of flexible displays on organic substrates, requiring low processing temperatures and a simplified number of steps to minimize the environmental footprint. |