Capteurs de nouvelle génération : matériaux auto-assemblants et hautement conducteurs pour objets connectés portables

ParisDes chercheurs de Penn State ont mis au point un matériau imprimé en 3D innovant, à la fois souple, extensible et capable de s'auto-assembler. Ce matériau révolutionnaire trouve son utilité dans les dispositifs portables, les robots souples et les appareils électroniques à porter sur la peau. Il conduit efficacement l'électricité sans nécessiter de traitements supplémentaires, remédiant ainsi à un problème majeur des méthodes précédentes.

Le nouveau matériau intègre :

• Métal liquide
• Mélange de polymère conducteur (PEDOT:PSS)
• Polyuréthane hydrophile

Lorsque le matériau est imprimé et chauffé, les particules de métal liquide sur la face inférieure forment un chemin conducteur. En revanche, les particules sur la face supérieure s'oxydent, créant une couche isolante. Cette configuration présente deux avantages : la couche conductrice permet la transmission d'informations vers des capteurs, comme ceux mesurant l'activité musculaire et la tension corporelle, tandis que la couche isolante empêche les fuites de signaux, garantissant ainsi une collecte de données plus précise.

Tao Zhou, professeur assistant à Penn State, a dirigé cette étude. Il a précisé que créer des conducteurs souples et extensibles est un objectif depuis dix ans. Bien que les conducteurs à base de métal liquide aient montré du potentiel en raison de leur bonne conductivité électrique, leur fonctionnement nécessitait des étapes supplémentaires telles que l'étirement, la compression ou l'utilisation de lasers. Ces processus additionnels les rendaient plus complexes et posaient des problèmes comme les fuites de métal liquide.

Ce nouveau matériau imprimable en 3D offre une solution efficace. « Notre méthode ne nécessite aucune étape supplémentaire pour rendre le matériau conducteur », a déclaré Zhou. Le matériau se forme seul, rendant la surface inférieure conductrice et la surface supérieure isolante. Cette avancée en science des matériaux simplifie le processus de production et améliore la fiabilité des appareils portables.

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La possibilité d'imprimer en 3D ces matériaux a grandement facilité la création de dispositifs portables. Cette innovation est très prometteuse pour de nombreuses applications, notamment dans les technologies d'assistance pour les personnes en situation de handicap. La fabrication simple et la grande fiabilité de ces capteurs peuvent mener à des dispositifs portables plus performants et efficaces.

L’équipe de recherche, composée des doctorants Salahuddin Ahmed, Marzia Momin, Jiashu Ren et Hyunjin Lee, a bénéficié du financement du programme de subventions collaboratives entre l’Université Nationale de Technologie de Taipei et Penn State, ainsi que du soutien du Département des Sciences et Mécanique de l’Ingénierie, de l’Institut de Recherche en Matériaux et des Instituts Huck des Sciences de la Vie à Penn State.

Les matériaux conducteurs, souples et extensibles pourraient grandement améliorer les dispositifs portables. Cela pourrait mener à de meilleurs systèmes de surveillance de la santé, des robots mous plus efficaces et de meilleures électroniques intégrées à la peau. Avec des méthodes de fabrication simplifiées et des performances fiables, ces matériaux pourraient rapidement devenir la norme industrielle.

Penn State a développé un nouveau matériau imprimé en 3D qui peut s'auto-assembler et est idéal pour la technologie portable. Ce matériau est très conducteur, élastique et s'assemble tout seul, ce qui en fait un choix parfait pour de nouveaux capteurs et dispositifs. Il promet des améliorations significatives dans des domaines comme la santé et la robotique.