ROLLA, Mo. — Composants électroniques pouvant être allongés, tordus ou étirés—électronique dite « extensible »—pourrait bientôt tout alimenter, des appareils portables médicaux aux-systèmes de véhicules. Et des chercheurs de l'Université des sciences et technologies du Missouri sont pionniers dans une approche de fabrication qui pourrait enfin généraliser cette technologie..

Écrit dans l'édition de janvier 2017 de la revue Micromachines, le Missouri S&L'équipe de recherche T, dirigée par le Dr Heng Pan, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial, a évalué l'état actuel de l'électronique extensible et proposé une solution à l'un des défis les plus persistants du domaine : l'inadéquation fondamentale entre les surfaces flexibles et les conducteurs électroniques rigides..

Le rigide-Défi Flex

Au cœur de l’électronique extensible se trouve le substrat—généralement un élastomère, un polymère à haute élasticité qui peut être plié, étiré, bouclé et tordu à plusieurs reprises avec peu d'impact sur ses performances. Cependant, les conducteurs électroniques qui doivent être intégrés ou intégrés dans cette surface flexible sont souvent fragiles et rigides..

"Des conceptions uniques et des mécanismes d'étirement ont été proposés pour harmoniser les discordances et intégrer des matériaux aux propriétés très différentes en un seul système", a écrit l'équipe de recherche.

Impression directe en aérosol : unenouvelle approche

Pour surmonter cette rigidité-barrière flexible, Pan et ses collègues se sont tournés vers la fabrication additive—un processus qui construit trois-objets dimensionnels couche par couche, similaires à l'impression 3D mais utilisant des métaux, des céramiques ou d'autres matériaux fonctionnels.

Au Missouri S&T, ils testent une approche spécifique que Pan appelle "l'impression directe en aérosol".. Le processus consiste à pulvériser un matériau conducteur et à l'intégrer à un substrat étirable..

"Avec le développement de la fabrication additive, les techniques d'écriture directe apparaissent comme une alternative aux méthodes traditionnelles de structuration soustractive", expliquent les chercheurs.. Les approches soustractives traditionnelles incluent la photolithographie, couramment utilisée pour fabriquer des semi-conducteurs..

Pan et son équipe pensent que la fabrication additive offre une voie plus économique pour créer cesnouveaux appareils. "L'impression directe, en tant que méthode de fabrication additive, satisferait à ces exigences et offrirait un faible coût et une vitesse élevée tant dans le prototypage que dans la fabrication", ont-ils écrit. "Cela pourrait être une solution en termes de coût-fabrication efficace et évolutive d'électronique extensible".

Un prototype qui colle

L'équipe a déjà créé un prototype fonctionnel d'un appareil électronique extensible pouvant adhérer au visage.. "Le plus grand avantage de ces appareils électroniques est qu'ils peuvent être complètement portables et qu'ils peuvent s'adapter parfaitement àn'importe quel type de mouvement", a déclaré Pan. R.&Magazine D. "Ils peuvent être montés sur le visage, par exemple, et pourraient détecter tout petit mouvement de votre visage".

Les applications potentielles s’étendent bien au-delà des capteurs faciaux. Ces conducteurs extensibles pourraient un jour remplacer les circuits imprimés rigides et fragiles qui alimentent les appareils électroniques d'aujourd'hui.. Ils pourraient être utilisés comme capteurs portables adhérant à la peau pour surveiller la fréquence cardiaque ou l'activité cérébrale, comme capteurs intégrés dans les vêtements, ou même comme de minces panneaux solaires pouvant être collés sur des surfaces courbes..

"Nous y voyons denombreux avantages. Nous pensons que cela peut être l'avenir du développement électronique", a déclaré Pan..

Défis à venir

Malgré ces promesses, des obstacles importants subsistent avant que l'électronique extensiblene soit largement adoptée.. Tous les matériauxnécessaires à chaque appareil doivent être imprimables, ce quinécessite le développement d'encres et de matériaux imprimables possédant toutes les propriétésnécessaires à chaque fonction électronique..

"Il existe également des défis d'intégration, tels que les exigences de température variables entre les différents matériaux", anoté Pan.. L'un des principaux objectifs actuels de l'équipe est de développer une stratégie efficace et à long terme.-batterie extensible durable. "Le dispositif énergétique est un élément très critique pour que cela soit réaliste", a déclaré Pan. "Nous travaillons intensément sur la batterie".

Les chercheurs soulignent également lanécessité de garantir que les composants électroniques extensibles et les surfaces malléables sur lesquelles ils sont construits fonctionnent et vieillissent bien ensemble..

Un avenir flexible

Malgré ces défis, Pan reste optimiste. "La fabrication additive présente l'avantage de pouvoir facilement passer d'un matériau à l'autre et d'intégrer tous les différents matériaux ensemble en une seule impression", a-t-il déclaré.. "Nous pensons que la technique additive présente un très fort avantage dans la création d'électronique".

Une fois perfectionnée, la technologie devra être étendue à la production commerciale.—un processus que l'impression 3D rationalise intrinsèquement. En fin de compte, l'équipe envisage des appareils qui sontnon seulement faibles-coût de création mais également biodégradable.

"Il y a beaucoup de potentiel dans ce domaine lié à l'humain-interaction informatique", a déclaré Pan.

La recherche a été publiée dans Micromachines (2017, 8(1), 7) sous le titre « Matériaux, mécanique et techniques de modelage des élastomères-Conducteurs étirables basés sur ".