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RÉSUMÉ
La mise au point de procédés industriels et de matériaux pour les nouvelles technologies pour l'énergie fait l'objet d'une recherche dynamique menée au sein du CEA/DAM (Direction des Applications Militaires), notamment via son centre du Ripault. Le procédé jet d'encre est présenté dans cet article en guise d'exemple. Le jet d'encre est une technique qui suscite l'intérêt de nombreux industriels et laboratoires de recherche pour réaliser des motifs de très petite taille (quelques centaines de ?m) à base de matériaux céramiques. La mise au point d'encres inorganiques constitue le verrou principal de cette technologie appliquée aux revêtements céramiques localisés. L'originalité de la démarche décrite réside dans l'utilisation de la chimie sol-gel pour élaborer des encres. Deux exemples sont présentés, un dans le domaine des piles à combustible haute température et l'autre dans celui des sondes haute fréquence pour l'imagerie médicale.
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Philippe BOY : CEA/Le Ripault
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Chrystel AMBARD : CEA/Le Ripault
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Bruno FOUSSERET : CEA/Le Ripault
INTRODUCTION
La mise au point de procédés industriels et de matériaux pour les nouvelles technologies pour l'énergie font l'objet d'une R dynamique menée au sein du CEA/DAM (Direction des Applications Militaires), notamment via son centre du Ripault. Le procédé jet d'encre est présenté dans cet article en guise d'exemple. Le jet d'encre est une technique qui suscite l'intérêt de nombreux industriels et laboratoires de recherche pour réaliser des motifs de très petite taille (centaine de μm) à base de matériaux céramiques. La mise au point d'encres inorganiques constitue le verrou principal de cette technologie appliquée aux revêtements céramiques localisés. L'originalité de la démarche proposée ici réside dans l'utilisation de la chimie sol-gel pour élaborer des encres. Les deux exemples présentés concernent la préparation de solutions sol-gel spécifiques pour des applications dans les domaines des piles à combustible haute température et des sondes « haute fréquence » pour l'imagerie médicale.
Within its Centre Le Ripault, CEA/DAM has been leading an active R for developing manufacturing processes and materials for energy new technologies. One example of process studied at CEA/Le Ripault is presented in this article : inkjet printing. Several industries and research laboratories are interested in the inkjet printing process to realize patterns with high definition (few hundred micrometers) using ceramics materials. Inorganic inks preparation is the aim key to succeed in this technology when applied to patterned ceramic coatings. Here, sol-gel chemistry is an original approach to elaborate inks. Two examples are given here : the first one deals with solid oxidefuel cells, and the last one concerns high frequency transducers for medical imaging.
jet d'encre, dépôts localisés, encre sol-gel, piles à combustible, imagerie médicale
ink jet, sol-gel ink, fuel cell, medical patterned layers imaging
Domaine : traitement de surface, revêtements céramiques
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Procédé jet d'encre
Domaines d'application : micro-piles, cellules photovoltaïques, microélectronique, imagerie médicale
Principaux acteurs français :
Centres de compétence : CEA – Le Ripault
Pôles de compétitivité :
Autres acteurs dans le monde :
Contact : [email protected] ou [email protected]
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1. Contexte
Cet article est extrait de la revue « Chocs », revue scientifique et technique de la Direction des applications militaires – no 42 de novembre 2012.
Largement répandu dans le domaine de la bureautique ou du textile, le procédé jet d'encre peut aussi être utilisé pour réaliser des revêtements céramiques localisés. Les encres organiques sont alors remplacées par des formulations à base de charges inorganiques. Cette technique permet d'envisager la préparation de motifs céramiques dont la taille est difficilement accessible par des techniques de mise en forme plus classiques : sérigraphie ou usinage mécanique de film continu. Les applications de tels revêtements localisés sont nombreuses et prometteuses : micropiles, cellules photovoltaïques, microélectronique, imagerie médicale... La formulation des encres elle-même constitue le principal verrou qui limite le développement de céramique « jet d'encre ». Les caractéristiques physico-chimiques des encres sont très spécifiques car imposées par la technologie des têtes d'impression. La chimie sol-gel apparaît particulièrement adaptée pour préparer des solutions compatibles avec ce procédé. À ce titre, le CEA – Le Ripault est impliqué dans deux projets pour lesquels le jet d'encre apparaît comme une voie particulièrement pertinente : la mise au point de sondes HF multiéléments pour l'imagerie médicale et la réalisation d'anodes structurées pour le reformage interne progressif du méthane dans des piles à combustible haute température.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BARDAINE (A.) - Élaboration de films piézoélectriques de PZT par procédé sol-gel composite : application à la transduction ultrasonore haute fréquence. - Thèse de doctorat, université François Rabelais, Tours (2008).
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(2) - BELLEVILLE (P.), BOY (P.), MONTOUILLOUT (Y.) - Method of preparing a stable lead zircono-titanate sol and method for preparing films based on same. - US Patent US20040014820 (2004).
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(3) - BOY (P.), BELLEVILLE (P.), BIGARRE (J.), MONTOUILLOUT (Y.) - Stable PZT sol for reparing reproducible high-permittivity perovskite-based thin film. - J. Sol-Gel Sci., Technol, 43, p. 213-221 (2007).
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(4) - BARDAINE (A.), BOY (P.), BELLEVILLE (P.), ACHER (O.), LEVASSORT (F.) - Improvement of composite sol-gel process for manufacturing 40 mm piezoelectric thick films. - J. Eur. Ceram. Soc., 28, p. 1649-1655 (2008).
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