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Jun 01, 2023

Liquide

Une équipe coréenne a utilisé des ondes sonores pour relier de minuscules gouttelettes de métaux liquides à l’intérieur d’un boîtier en polymère. La nouvelle technique est un moyen de réaliser des circuits résistants et hautement conducteurs qui peuvent être pliés et

Une équipe coréenne a utilisé des ondes sonores pour relier de minuscules gouttelettes de métaux liquides à l’intérieur d’un boîtier en polymère. Cette nouvelle technique permet de créer des circuits résistants et hautement conducteurs qui peuvent être pliés et étirés jusqu'à cinq fois leur taille d'origine.

La fabrication de composants électroniques extensibles pour les capteurs cutanés et les dispositifs médicaux implantables nécessite des matériaux qui peuvent conduire l'électricité comme les métaux mais se déformer comme le caoutchouc. Les métaux conventionnels ne conviennent pas à cet usage. Pour fabriquer des conducteurs élastiques, les chercheurs se sont penchés sur les polymères conducteurs et les composites de métaux et de polymères. Mais ces matériaux perdent leur conductivité après avoir été étirés et relâchés plusieurs fois.

Les métaux liquides, c'est-à-dire les alliages qui restent liquides à température ambiante, constituent une option plus prometteuse. Les métaux liquides à base de gallium, généralement des alliages de gallium et d'indium, ont retenu le plus l'attention en raison de leur faible toxicité et de leur conductivité électrique et thermique élevée. Ils sont également résistants en raison d’une peau d’oxyde qui se forme à leur surface et adhèrent bien à divers substrats.

Pour fabriquer des circuits conducteurs avec des métaux liquides à base de gallium, les chercheurs pulvérisent ou impriment généralement des gouttelettes du matériau sur un substrat en plastique extensible, ou les intègrent dans un polymère caoutchouteux. La peau d'oxyde doit généralement être brisée pour que les gouttelettes puissent se combiner pour former un chemin conducteur. Le problème avec ces approches est que les métaux liquides peuvent s'échapper après un certain temps, explique Jiheong Kang, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Institut supérieur coréen des sciences et technologies.

Lui et ses collègues ont donc utilisé un champ acoustique pour connecter des gouttelettes de métal liquide, qu'ils avaient d'abord incorporées dans un polymère. Les chercheurs utilisent des gouttelettes d’une largeur moyenne de 2 à 3 micromètres, plus petites que celles utilisées auparavant, pour réduire les risques de rupture des gouttelettes et de fuite du métal liquide.

Lorsqu’elles appliquent des ondes ultrasonores à une fréquence de 20 kilohertz, les microgouttelettes absorbent les vibrations pour créer des gouttelettes de taille nanométrique. Ces nanogouttelettes forment un pont entre les microgouttelettes. Lorsque le polymère est étiré, les microgouttelettes s’allongent, mais les liaisons nanogouttelettes les maintiennent connectées.

D'autres ont déjà réalisé des circuits extensibles en déposant des couches ultrafines de métal dans des réseaux en forme de toile ou des motifs serpentins. "Avec notre nouveau matériau, nous avons présenté les premières cartes de circuits imprimés élastiques sans aucune ingénierie de structure", explique Kang.

L'équipe a fabriqué ses conducteurs extensibles avec quatre alliages de métaux liquides différents et 15 polymères différents. Pour démontrer l'utilisation des conducteurs, ils ont fabriqué des écrans extensibles dans lesquels les réseaux de métal liquide connectaient des micro-diodes électroluminescentes [ci-dessus]. Ils ont également fabriqué un capteur de fréquence cardiaque hautement extensible qui pourrait être fixé sur la peau d'un volontaire et mesurer la circulation sanguine à l'aide de la lumière [ci-dessous]. Les résultats paraissent dans la revue Science.

La méthode de circuit extensible mise au point par les auteurs « aide à surmonter un défi majeur dans la création de circuits conducteurs avec des composites [métal liquide de gallium]-polymère », écrivent Ruirui Qiao de l'Université du Queensland en Australie et Shiyang Tang de l'Université de Birmingham, Royaume-Uni, dans un article de perspective accompagnant le document Science. "Mais les composites sont encore confrontés à un certain nombre de défis de fabrication." Par exemple, il est difficile de contrôler avec précision la taille des gouttelettes avec les techniques connues pour les fabriquer.

Kang dit que lui et ses collègues envisagent de travailler à l'amélioration de la résolution du motif en trouvant des moyens de les rapprocher les uns des autres. Ils prévoient également d'augmenter encore la conductivité des circuits de métal liquide.