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Révision : 05 juillet 2011

	Rapport d'activité scientifique du LGP2 (2006-2009)
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Chercheurs du LGP2 (Mai 2011)

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IV - Science et Techniques Graphiques

IV - 5 - Génie des procédés pour la fonctionnalisation des surfaces

Le doctorat de Mathieu Fenoll (soutenu en juillet 2007) a initié les études sur la fonctionnalisation des surfaces et de matériaux dans l’équipe STG. Il concernait l’optimisation des différents paramètres de transfert en fonction du procédé. Des encres à base de polymères conducteurs, notamment du polythiophène, ont été formulées. Une étude des propriétés de surface et des caractéristiques physiques des différents papiers et supports polymères a permis de sélectionner deux supports tests pour les essais d’impression. Enfin, sur trois procédés d’impression (offset, héliogravure et flexographie), une optimisation des paramètres d'impression a démontré leur influence sur les caractéristiques des dépôts effectués, en particulier en termes de conductivité électrique.

En offset, la formulation des encres est relativement complexe et le choix du support est primordial. Un support rugueux permet de transférer plus d’encre, mais le dépôt n’est pas suffisamment homogène. Par conséquent, sa résistance électrique est plus importante. Nous avons pu montrer, par exemple, l’influence des pressions au niveau du transfert d’encre [Figure 1].

Figure 1 - Offset - photographies d’impression réalisées sur PBT avec une pression de 100 N (a), 300 N (b), et 500 N (c)

L’héliogravure a donné des résultats satisfaisants avec des encres basées sur des polymères conducteurs tels que le PEDOT. Cependant, les résistances les plus faibles ont été obtenues avec des encres contenant des particules métalliques. Dans ce dernier cas, le dépôt n’est pas un aplat régulier, mais il suit les contours des alvéoles du cylindre gravé, ce qui est dû à la viscosité des encres utilisées. Néanmoins, l’ensemble est suffisamment régulier pour constituer une “grille” conductrice [Figure 2].

Figure 2 - Héliogravure - Photographies réalisées à l’InfiniteFocus des impressions d’encre à pigments métalliques Xink sur le PET (a) et sur le papier (b)

Dans son doctorat en collaboration avec le CEA LITEN, Franck Medlege a démontré que le procédé flexographique permet d’imprimer des encres fonctionnelles destinées à la fabrication d’électrodes pour sources d’énergie autonomes. L’étude a donc porté sur la réalisation d’un accumulateur au lithium, la mise en œuvre de chacun des composants nécessitant de définir de nouvelles formulations d’encres. Ainsi, de nouveaux liants polymères et de nouveaux additifs inertes vis-à-vis des performances électrochimiques des matériaux actifs de l’accumulateur ont été utilisés, afin de répondre aux contraintes de transfert en flexographie, notamment.

Plus précisément, deux principaux verrous ont été levés :

• trouver un liant polymère pour l’encre d’électrode, susceptible d’apporter une forte contribution polaire à la tension superficielle de l’encre, tout en maintenant les propriétés rhéologiques adéquates pour le transfert flexographique (ce résultat a fait l’objet d’un brevet) ;
• agir sur les éléments du système d’encrage – notamment l’anilox – pour obtenir un film d’encre d’électrode régulier et suffisamment épais pour posséder les caractéristiques électrochimiques requises pour la batterie [Figure 3].

Figure 3 - Schéma de principe de l’impression flexographique réalisée

La [Figure 4] montre un exemple de résultat obtenu sur des piles réalisées avec le nouveau liant polymère. Les performances électriques sont meilleures que celles atteintes avec le liant classique PVDF.

Figure 4 - Courbes signatures de piles LiCoO2/Li, réalisées avec des électrodes imprimées ou enduites

Enfin, dans une étude commencée récemment (contrat européen, 19 partenaires, soutenance de thèse prévue en 2011), Rita Faddoul exploite les potentialités des procédés héliogravure et sérigraphie pour la fabrication de systèmes multicouches pour la microélectronique. Les supports sont par exemple des céramiques, et les encres fonctionnelles développées sont à base de particules conductrices. L’objectif est de combiner éventuellement plusieurs procédés d’impression pour fabriquer à faible coût des éléments variés, présents dans des applications pour l’automobile, l’éclairage, etc. Le travail porte en particulier sur l’adéquation des propriétés des nouvelles encres formulées avec le(s) procédé(s) sélectionné(s), et toutes les étapes ultérieures de réalisation, tout en garantissant les propriétés finales de l’objet.

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