Schéma illustrant la fabrication du LMNM et du chemin conducteur estampé sous pression. a, Le LMNM peut être facilement fabriqué grâce à un procédé d’estampage sous pression, permettant la création de circuits extensibles. Cette méthode simple et polyvalente présente un grand potentiel dans le développement de dispositifs électroniques flexibles. b, Schéma du processus de préparation du chemin conducteur estampé sous pression du LMNM. Images SEM de la zone non estampée (c), du chemin conducteur estampé sous pression (d) et de la zone estampée (e) du LMNM. La particule LM semi-encastrée garantit que le LM pourrait toujours avoir une combinaison stable avec la fibre avant et après l’estampage. Crédit : Zheng et al. (Électronique naturelle2024).
Ces dernières années, les ingénieurs et les spécialistes des matériaux ont mis au point des appareils électroniques de plus en plus flexibles qui pourraient être utilisés pour créer de nouveaux appareils portables, tels que des montres intelligentes, des biocapteurs et des technologies de surveillance de la santé. Pour pouvoir être portés en toute sécurité par des humains pendant des périodes prolongées, ces appareils électroniques doivent également être perméables (c’est-à-dire laisser passer l’air et l’humidité) et biocompatibles (c’est-à-dire ne pas être nocifs pour le corps humain).
Des chercheurs de l’Université de Soochow en Chine ont récemment présenté une nouvelle méthodologie pour fabriquer des composants électroniques extensibles à base de métal liquide qui sont extensibles, respirants et biocompatibles. Leur méthode proposée, décrite dans un article publié dans Électronique naturelleimplique l’utilisation de tampons à motifs de circuits pour créer des composants électroniques flexibles multifonctionnels pour les appareils portables.
« L’électronique extensible à base de métal liquide a suscité un intérêt considérable ces derniers temps, en raison de ses perspectives prometteuses dans le domaine de l’électronique portable », a déclaré Feng Yan, co-auteur de l’article, à Tech Xplore.
« Néanmoins, des défis urgents persistent, notamment des processus de fabrication complexes englobant la gravure et le traitement au plasma oxygène, ainsi que des interactions d’interface sous-optimales entre le métal liquide et les substrats polymères, entraînant une stabilité à la traction cyclique compromise. »
Les matériaux électroniques extensibles à base de métal liquide présentent souvent diverses limitations, qui empêchent ou limitent leur potentiel pour le développement de circuits personnalisés. Dans le cadre de leur étude récente, Yan et ses collègues ont entrepris de remédier à ces limitations en introduisant une méthodologie alternative pour la fabrication de composants électroniques flexibles à base de métal liquide.
« Notre méthodologie repose sur une combinaison de filage électrostatique et d’emboutissage sous pression, qui comble le fossé technique entre respirabilité, précision et aptitude au traitement dans les dispositifs électroniques extensibles », explique Yan. « Les particules de métal liquide semi-intégrées dans les nanofibres peuvent se rompre sous pression et déborder pour former des régions de métal liquide continues, ce qui permet la construction sélective de voies conductrices avec une précision de circuit élevée et une stabilité exceptionnelle. »
Grâce à leur nouvelle méthodologie, les chercheurs ont pu rapidement préparer des circuits respirants et extensibles. Les circuits fabriqués ont montré une haute résolution (c’est-à-dire des largeurs de ligne minimales de 50 µm) et une grande stabilité, fonctionnant pendant plus de 30 000 cycles sous une contrainte de 100 %.
Intégrées à différents composants électroniques, les pièces électroniques imprimées sous pression créées par Yan et ses collègues se sont révélées capables de prendre en charge différentes fonctions, notamment les sorties de signaux à ondes carrées, l’émission de lumière et la charge sans fil. Cela signifie qu’elles pourraient être des composants extrêmement polyvalents pour les appareils portables, permettant aux ingénieurs d’utiliser les circuits pour réaliser différentes capacités souhaitées.
« La remarquable biocompatibilité et la perméabilité des circuits que nous avons créés les rendent particulièrement adaptés à la collecte de signaux bioélectriques », a déclaré Yan. « De plus, leur capacité de recyclage et leur universalité soulignent leur vaste potentiel dans le domaine de l’électronique flexible. »
Yan et ses collègues ont déjà utilisé leurs circuits extensibles pour créer des prototypes de capteurs destinés à surveiller les signaux bioélectriques. À l’avenir, ils pourraient être intégrés à d’autres appareils portables destinés à des applications médicales ou sportives spécifiques.
Un autre avantage des circuits électroniques flexibles développés par l’équipe est que les membranes contenant du métal liquide sur lesquelles ils reposent peuvent être facilement démontées en composants individuels et recyclées. Cela pourrait réduire considérablement leur impact négatif sur l’environnement, ce qui pourrait également contribuer à leur déploiement à grande échelle.
« Nous prévoyons désormais de réaliser la préparation de circuits imprimés multicouches avec interconnexions intercouches », a ajouté Yan. « En modulant précisément le module et la taille des métaux liquides et des nanofibres, nous aspirons également à doter les circuits de la capacité d’être activés en couches distinctes, adaptées précisément à nos exigences en constante évolution. »
Plus d’information:
Sijie Zheng et al, Électronique extensible estampée sous pression utilisant une membrane en nanofibres contenant des particules métalliques liquides semi-intégrées, Électronique naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41928-024-01194-0
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Citation:Une nouvelle méthode pour fabriquer des appareils électroniques extensibles et respirants (2024, 18 juillet) récupéré le 18 juillet 2024 à partir de
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