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May 30, 2023

Utiliser un métal liquide solidifié pour construire des composants électroniques flexibles en 3D

Article du 23 février 2023 Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la qualité du contenu

Article du 23 février 2023

Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu :

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par Ingrid Fadelli , Tech Xplore

Ces dernières années, les ingénieurs et les scientifiques des matériaux ont tenté d'identifier des matériaux particulièrement prometteurs pour créer des composants électroniques flexibles de différentes formes et tailles. À terme, ces composants électroniques pourraient être intégrés dans des appareils portables (par exemple, des montres intelligentes et des appareils médicaux pour surveiller les signaux biologiques), des robots logiciels et d'autres systèmes.

Parmi les nombreux types de matériaux qui pourraient être utilisés pour fabriquer des composants électroniques extensibles figurent les métaux liquides à base d’alliages de gallium, qui sont essentiellement des mélanges de métaux contenant du gallium. Les alliages de gallium liquides sont intrinsèquement fluides et hautement conducteurs, deux propriétés avantageuses pour la création d'électronique douce ou flexible.

Cependant, la construction de circuits tridimensionnels (3D) utilisant n’importe quel métal liquide s’est jusqu’à présent révélée un défi. Cela a limité les structures possibles pouvant être créées à l’aide d’alliages de gallium liquides, entravant leur utilisation généralisée pour la création de dispositifs électroniques souples et étirables.

Des chercheurs de l’Institut de technologie de Harbin et de l’Académie chinoise des sciences ont récemment fabriqué des composants électroniques flexibles avec des circuits 3D utilisant un alliage liquide gallium-indium. Leur article, publié dans Nature Electronics, identifie un alliage de gallium présentant des qualités appropriées pour développer une électronique flexible, notamment une transition de phase solide-liquide, une résistance mécanique et une bonne plasticité à l'état solide.

"Nous montrons qu'un alliage gallium-indium peut être utilisé pour fabriquer des composants électroniques flexibles avec des circuits 3D en exploitant la transition de phase solide-liquide et la déformation plastique du métal liquide", ont écrit Guoqiang Li et ses collègues dans leur article.

Pour fabriquer des composants électroniques flexibles à l’aide de leur alliage gallium-indium, Ga10In, les chercheurs ont d’abord refroidi un échantillon massif de l’alliage à basse température. Ce processus leur a permis de façonner ensuite le matériau en fils et feuilles métalliques solides.

"Des fils d'alliage solides mais plastiquement déformables sont façonnés en circuits à basse température (inférieures à 15 degrés Celsius) et encapsulés dans un élastomère, avant d'être chauffés au-dessus de leur température de fusion", expliquent Li et ses collègues dans leur article. "Par la suite, l'effet de surfusion permet à l'alliage de maintenir un état liquide dans une large plage de températures, y compris en dessous du point de fusion."

En encapsulant les structures préfabriquées en métal liquide dans un élastomère et en les chauffant à plus de 22,7 degrés Celsius, l’équipe a veillé à ce que ces structures retrouvent leur fluidité. Le processus a abouti à un métal liquide étirable qui conduit l’électricité et peut donc être utilisé pour créer des composants électroniques flexibles.