Conception d’une encre biosourcée et biodégradable à base de carbone pour applications en électronique imprimée et plastronique 3D

Le laboratoire Ampère (www.ampere-lab.fr) est une Unité Mixte de Recherche (UMR5005), sous tutelle de l'École Centrale de Lyon, de l'Université Claude Bernard Lyon 1, de l'INSA de Lyon et du CNRS. L’effectif est d’environ 200 personnes. Le stagiaire sera accueilli sur le site de l'INSA de Lyon et intégrera une équipe interdisciplinaire composée de physicochimistes, de spécialistes en plastronique et d’électroniciens. Il aura accès aux équipements de la plateforme Plastronique d’AMPERE (site INSA de Lyon), qui dispose de moyens de mise au point et d’impression de matériaux, ainsi que des instruments de caractérisation physicochimique et électrique. 

La plastronique 3D est une technologie qui combine la plasturgie (fabrication et mise en forme de substrats en polymères) et l’électronique imprimée afin d’intégrer directement des circuits électroniques dans des objets en polymères, souvent en trois dimensions. Elle consiste à déposer ou à imprimer des circuits (pistes conductrices) pour y déposer des électroniques fonctionnelles (capteurs, antennes, LED, etc.) directement sur les substrats. Cette approche permet de fonctionnaliser les pièces au sens de l’électronique, tout en réduisant le nombre de composants et en optimisant l’intégration des fonctions électroniques, ce qui réduit l’encombrement et la masse, et améliore l’ergonomie du système.

Parmi les techniques d’impression utilisées en plastronique, la sérigraphie se distingue comme une méthode robuste, reproductible et déjà mature industriellement. Elle permet de déposer des encres conductrices de haute qualité sur des films polymères et se prête parfaitement au procédé In-Mold Electronics (IME)^1,2, où les motifs sont imprimés en 2D puis thermoformés pour obtenir un dispositif électronique 3D. C’est aujourd’hui la technologie d’impression de référence pour l’IME.

L’objectif du stage est de développer une nouvelle encre conductrice à base de carbone, formulée à partir de matériaux biosourcés et biodégradables, pour des applications en plastronique. Cette approche constitue une alternative plus écologique et moins coûteuse aux encres métalliques classiques (Ag, Cu, etc.) et vise à réduire l’empreinte environnementale de l’électronique imprimée, tout en maintenant des performances compatibles avec des dispositifs fonctionnels.

Les objectifs du travail :

• Développer une formulation optimisée d’encre carbone à base de liants et solvants biosourcés, en s’appuyant sur les travaux précédents du laboratoire (études rhéologiques, choix des solvants et liants, taux et forme de charges, etc.).
• Caractériser les propriétés physiques et chimiques des encres afin d’évaluer leur compatibilité avec la sérigraphie et avec les polymères utilisés en plastronique, notamment le polycarbonate (PC) et l'acide polylactique (PLA) (prétraitements, recuits, adhésion, conductivité électrique, etc.).
• Réaliser des démonstrateurs 3D intégrant des fonctions électroniques sur polymères (aucune compétence préalable en électronique n’est requise).

Références :

¹ C. Goument et al., In-Mold Electronics on Poly(Lactic Acid): towards a more sustainable mass production of plastronic devices. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2023, 125 (5-6), pp.2643-2660. ff10.1007/s00170-023-10878-4ff. ffhal-04069897f

² T. Guérin et al., Development and characterization of a conductive ink for In-Mold Electronics. LOPEC, Mar 2023, Munich (Allemagne), Germany. 2023. https://hal.science/hal-04241549v1

Etudiant de Master 2 ou d’école d’ingénieur spécialisé en science des matériaux ou en physicochimie.

Des compétences en formulation d’encres, ou en électronique imprimée constitueraient un plus.

Aptitude indispensable à la réalisation de travaux expérimentaux.

Bon niveau de français et d'anglais. Excellentes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité.