Les chercheurs de Penn State ont développé un nouveau matériau doux et extensible pouvant être imprimé en 3D. Le matériau peut être utilisé pour fabriquer des dispositifs portables, tels qu’un capteur pouvant être porté au doigt, comme illustré ici. Crédit : Marzia Momin
Pour faire progresser la robotique souple, l’électronique intégrée à la peau et les dispositifs biomédicaux, des chercheurs de Penn State ont développé un matériau imprimé en 3D qui est souple et extensible (des caractéristiques nécessaires pour correspondre aux propriétés des tissus et des organes) et qui s’auto-assemble. Leur approche utilise un processus qui élimine de nombreux inconvénients des méthodes de fabrication précédentes, comme une moindre conductivité ou une défaillance des dispositifs, a déclaré l’équipe.
Ils ont publié leurs résultats dans Matériaux avancés.
“Les gens développent des conducteurs souples et extensibles depuis près d’une décennie, mais la conductivité n’est généralement pas très élevée”, a déclaré l’auteur correspondant Tao Zhou, professeur adjoint de science de l’ingénierie et de mécanique et de génie biomédical au College of Engineering et de Penn State. science et ingénierie des matériaux au Collège des sciences de la terre et des minéraux.
“Les chercheurs ont réalisé qu’ils pouvaient atteindre une conductivité élevée avec des conducteurs à base de métal liquide, mais la limite importante est que cela nécessite une méthode secondaire pour activer le matériau avant qu’il puisse atteindre une conductivité élevée.”
Les conducteurs étirables à base de métal liquide souffrent d’une complexité inhérente et des défis posés par le processus d’activation post-fabrication, ont indiqué les chercheurs. Les méthodes d’activation secondaires comprennent l’étirement, la compression, le frottement par cisaillement, le frittage mécanique et l’activation laser, qui peuvent tous entraîner des problèmes de fabrication et provoquer une fuite du métal liquide, entraînant une défaillance du dispositif.
“Notre méthode ne nécessite aucune activation secondaire pour rendre le matériau conducteur”, a déclaré Zhou, qui est également affilié aux instituts Huck des sciences de la vie et au Materials Research Institute. “Le matériau peut s’auto-assembler pour rendre sa surface inférieure très conductrice et sa surface supérieure auto-isolée.”
Dans la nouvelle méthode, les chercheurs combinent du métal liquide, un mélange de polymères conducteurs appelé PEDOT:PSS et du polyuréthane hydrophile qui permet au métal liquide de se transformer en particules.
Impression 3D de diverses structures aSISC. a) Photo du processus d’impression pour l’encre aSISC avec une buse de 100 µm. b) Photos de diverses formes aSISC imprimées en 3D : hexagone i), étoile ii), smiley heureux iii), smiley wow iv), cercle v) et demi-lune vi). c) Instantanés séquentiels pour l’impression 3D de structures aSISC rectangulaires à 45 couches. d, e) Impression 3D couche par couche de diverses structures aSISC complexes. Crédit: Matériaux avancés (2024). DOI : 10.1002/adma.202400082
Lorsque le matériau composite souple est imprimé et chauffé, les particules de métal liquide sur sa surface inférieure s’auto-assemblent pour former un chemin conducteur. Les particules de la couche supérieure sont exposées à un environnement riche en oxygène et s’oxydent, formant ainsi une couche supérieure isolée.
La couche conductrice est essentielle pour transmettre des informations au capteur, telles que les enregistrements d’activité musculaire et la détection de tension sur le corps, tandis que la couche isolée aide à prévenir les fuites de signal qui pourraient conduire à une collecte de données moins précise.
“Notre innovation ici concerne les matériaux”, a déclaré Zhou. “Normalement, lorsque le métal liquide se mélange à des polymères, ils ne sont pas conducteurs et nécessitent une activation secondaire pour atteindre la conductivité. Mais ces trois composants permettent l’auto-assemblage qui produit la conductivité élevée d’un matériau souple et extensible sans méthode d’activation secondaire.”
Le matériau peut également être imprimé en 3D, a expliqué Zhou, ce qui facilite la fabrication d’appareils portables. Les chercheurs continuent d’explorer des applications potentielles, en mettant l’accent sur les technologies d’assistance pour les personnes handicapées.
Plus d’information:
Salahuddin Ahmed et al, Conducteur extensible asymétrique imprimable auto-isolant auto-assemblé pour interface humaine, Matériaux avancés (2024). DOI : 10.1002/adma.202400082
Fourni par l’Université d’État de Pennsylvanie
Citation: Des capteurs auto-assemblables et hautement conducteurs pourraient améliorer les appareils portables (27 juin 2024) récupéré le 27 juin 2024 sur
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