Aujourd’hui, la production industrielle d’écrans plats, dont les écrans tactiles et panneaux photovoltaïques, nécessite l’utilisation d’un alliage d’oxyde d’indium et d’étain, qui possèdent des propriétés de transparence et de conductivité. Mais face à l’explosion de la demande mondiale, l’indium tend à se raréfier et ses prix explosent. D’où l’intérêt de solutions alternatives. Le vanadate de strontium (formule chimique SrVO3) qui associe oxygène, vanadium et strontium, éléments qui existent à l’état naturel sous forme d’alliages, est une piste alternative étudiée par le Crismat à Caen (Calvados), laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux, unité mixte de recherche du CNRS, de l’ENSICAEN et de l’Université de Caen.
« Nous travaillons depuis toujours sur les oxydes (oxydes de cuivre, oxydes de manganèse...) et leurs fonctions potentielles pour des applications électroniques, ce qui nous a conduits naturellement vers l'oxyde de vanadium susceptible d'avoir des propriétés d’optique et de conductivité intéressantes pour l'électronique, quand il est combiné au strontium », explique Wilfrid Prellier, directeur du Crismat et à la tête d’une équipe de chimistes et physiciens en sciences des matériaux. Dit autrement, les éléments oxygène (O) vanadium (V) et strontium (Sr) existent individuellement, mais seule la combinaison des trois - en vanadate de strontium (SrVO3) - peut donner accès aux propriétés de transparence et de conductivité que recherche l’électronique.
Après avoir obtenu en 2017 un financement de l’Agence nationale de la recherche (ANR), le Crismat et ses partenaires se sont attelés avec des laboratoires extérieurs (universités de Rennes, Versailles Saint Quentin, Paris-Saclay et Poitiers) à synthétiser le vanadate de strontium, puis à "préparer" ce nouveau matériau. L’enjeu était qu’il puisse être fixé en une très fine couche (quelques dizaines de nanomètres) sur du verre, utilisé dans les écrans.
Cela a donné lieu à deux découvertes, dont les résultats ont été publiés en septembre 2021 dans la revue scientifique Advanced Functional Materials éditée par Wiley, référence dans le domaine des sciences de matériaux. « Nous avons mis au point une solution chimique "tampon" (à base de calcium et de niobium) permettant d’accrocher la couche d’oxyde de vanadate de strontium. Nous avons réussi à cristalliser cet oxyde de vanadate de strontium en le chauffant à 500 degrés - moins que les températures habituelles de 700-800 degrés pour la cristallisation - pour qu’il devienne transparent et conducteur », explique Wilfrid Pellier. Et de préciser : « Sans cette cristallisation, le matériau est à l'état amorphe et n'a pas les propriétés optiques (transparence) ni de conductivité recherchées ».
Les étapes suivantes pour le Crismat vont être le changement d'échelle pour sa découverte, l'adaptation de son procédé aux usages du grand public et la prise de contact avec les acteurs industriels. « En tant que laboratoire académique » relève Wilfrid Prellier, « nous avons besoin d’être mis en relation avec la recherche appliquée ». Les enjeux économiques sont énormes.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
