Avec les progrès technologiques dans la mode, nous pourrons porter des vêtements capables de surveiller notre santé, de gérer notre température corporelle ou de communiquer avec des smartphones.
Pour y parvenir, les scientifiques doivent trouver un moyen d'imprimer des circuits complexes, flexibles et durables à moindre coût sur divers tissus. Une équipe de chercheurs a exploré cette voie en mettant au point une encre d'impression 3D conductrice composée de gouttelettes de métal liquide recouvertes d'alginate, un polymère dérivé des algues.
Le problème de l'électronique conventionnelle est que non seulement elle est rigide, mais qu'elle résiste aux mouvements de torsion et d'étirement que les vêtements subissent au cours des activités quotidiennes typiques. En revanche, les métaux liquides (LMs = Liquid metals) à base de gallium sont intrinsèquement fluides et conducteurs, ce qui en fait des matériaux intéressants pour l'électronique flexible. L'un de leurs inconvénients jusqu'à présent est que les LMs n'adhèrent pas bien aux tissus et que leur importante tension superficielle les fait se mettre en boule lors de l'impression 3D, au lieu de former des circuits continus.
C'est la raison pour laquelle Yong He et ses collègues ont voulu développer un nouveau type d'encre conductrice qui pourrait être imprimée en 3D directement sur les vêtements selon des motifs complexes.
Pour fabriquer leur encre, les chercheurs ont mélangé du métal liquide et de l'alginate. En remuant la solution et en éliminant l'excès de liquide, ils ont obtenu des microgouttelettes de LM recouvertes d'une enveloppe de microgel d'alginate. L'encre était très épaisse jusqu'à ce qu'elle soit pressée à travers une buse pour l'impression 3D, ce qui a brisé les liaisons hydrogène dans le microgel et l'a rendu plus fluide. Une fois que l'encre a atteint la surface du tissu, les liaisons hydrogène se sont reformées, permettant au motif imprimé de conserver sa forme. L'équipe a imprimé en 3D la nouvelle encre sur diverses surfaces, notamment du papier, des tissus en polyester, des tissus non tissés et du ruban adhésif à base d'acrylique. Même si les motifs imprimés ne sont pas initialement conducteurs, les chercheurs les ont activés en les étirant, en les pressant ou en les congelant, ce qui a permis de rompre les réseaux d'alginate séché pour connecter les microgouttelettes de métal liquide.
L'équipe a imprimé en 3D la nouvelle encre sur diverses surfaces, notamment du papier, des tissus en polyester, des tissus non tissés et du ruban adhésif à base d'acrylique. Les motifs imprimés n’étaient pas initialement conducteurs, mais les chercheurs les ont activés en les étirant, en les pressant ou en les congelant, ce qui a permis de rompre les réseaux d'alginate séchés pour connecter les microgouttelettes de LM.
Après activation, les circuits imprimés présentaient d'excellentes propriétés de conductivité électrique et de détection de la déformation. En outre, l'application d'une petite tension aux extrémités du circuit a permis de le chauffer, même à des températures très basses.
Pour démontrer les capacités de l'encre, l'équipe a imprimé en 3D une série de circuits électroniques sur des vêtements du commerce. Sur un T-shirt, ils ont imprimé une étiquette de communication en champ proche qui dirigeait un smartphone placé à proximité vers l'ouverture d'un site web. D'autres capteurs imprimés sur les vêtements surveillaient le mouvement d'une articulation du coude ou du genou. Enfin, un circuit alimenté par une petite batterie a chauffé le motif imprimé à plus de 120°F en moins d'une minute.
L'encre LM-alginate peut être recyclée en trempant le tissu dans une faible solution d'hydroxyde de sodium, récupérant ainsi du métal liquide frais pour de nouvelles applications.
L'intégralité de la recherche peut être lue ici.
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