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Les chercheurs dévoilent une méthode neuve pour fabriquer un nanomembrane hautement conducteur et élastique

La « électronique de peau » sont légèrement l'électronique flexible qui pourrait être montée sur la peau. Tandis que cela peut ressembler à de quelque chose hors de la science-fiction, on l'anticipe que bientôt de tels dispositifs peuvent servir de dispositifs de la deuxième génération avec un large éventail d'applications telles que la surveillance de la santé, le diagnostic de santé, la réalité virtuelle, et la surface adjacente homme-machine.

Pendant qu'on le prévoit, produire de tels dispositifs exige les composantes qui sont molles et étirables pour être mécaniquement compatibles avec la peau humaine. Un des éléments indispensables de l'électronique de peau est un conducteur intrinsèquement étirable qui transmet les signes électriques entre les dispositifs.

Pour le fonctionnement fiable et le rendement de haute qualité, un conducteur étirable qui comporte l'épaisseur ultra-mince, la conductivité comme un métal, le stretchability élevé, et la facilité du patternability est exigé. En dépit de la recherche considérable, il n'était pas encore possible de développer un matériau qui possède toutes ces propriétés simultanément, étant donné qu'elles ont souvent des compromis entre un des des autres.

Abouti par le professeur HYEON Taeghwan et KIM Dae-Hyeong, chercheurs au centre pour la recherche de Nanoparticle dans l'institut pour la science fondamentale (IBS) à Séoul, la Corée du Sud a dévoilé une méthode neuve pour fabriquer un matériau composite sous forme du nanomembrane, qui vient avec toutes les propriétés mentionnées ci-dessus. Le matériau composite neuf se compose des nanowires en métal qui sont fortement bourrés dans une couche unitaire dans le film en caoutchouc ultra-mince.

Ce matériau nouveau a été effectué utilisant un procédé que l'équipe a développé appelé « une méthode d'ensemble de flotteur ». L'ensemble de flotteur tire profit de l'effet de Marangoni, qui se produit en deux phases liquides avec différentes tensions superficielles. Quand il y a un gradient dans la tension superficielle, un flux de Marangoni est produit à partir de la région avec la tension d'intrados vers la région avec une tension superficielle plus élevée. Ceci signifie que cela la baisse d'un liquide avec la tension d'intrados sur la surface de l'eau abaisse la tension superficielle localement, et le flux donnant droit de Marangoni fait écarter le liquide abandonné légèrement en travers de la surface de l'eau.

Le nanomembrane est produit suivre une méthode d'ensemble de flotteur qui se compose d'un procédé en trois étapes. La première étape concerne relâcher une solution composée, qui est un mélange des nanowires, du caoutchouc dissous en toluène, et de l'éthanol en métal, sur la surface de l'eau.

La phase de toluène-caoutchouc demeure au-dessus de l'eau due à sa propriété hydrophobe, alors que les nanowires finissent sur la surface adjacente entre l'eau et les phases de toluène. L'éthanol dans la solution se mélange avec de l'eau pour abaisser la tension superficielle locale, qui produit du flux de Marangoni que les propagations vers l'extérieur et évite la totalisation des nanowires.

Ceci assemble les nanomaterials dans une couche unitaire à la surface adjacente entre l'eau et un caoutchouc très mince/film dissolvant. Dans la deuxième opération, le surfactant est lâché pour produire d'une deuxième onde du flux de Marangoni qui rend fortement les nanowires compacts. En conclusion, dans la troisième opération, le toluène est vaporisé et un nanomembrane avec une seule structure en laquelle une couche unitaire fortement compacte des nanowires est partiellement encastrée dans un film en caoutchouc ultra-mince est obtenu.

Sa seule structure permet la distribution efficace de tension en film en caoutchouc ultra-mince, menant à d'excellentes propriétés physiques, telles qu'un stretchability de plus de 1.000%, et une épaisseur seulement de 250 nanomètre. La structure permet également l'empilement de soudage à froid et de Bi-couche du nanomembrane sur l'un l'autre, qui mène à une conductivité comme un métal plus de 100.000 S/cm.

En outre, les chercheurs ont expliqué que le nanomembrane peut être modelé utilisant la photolithographie, qui est une technologie clé qui est très utilisée pour fabriquer les dispositifs de semi-conducteur commerciaux et l'électronique avancée. Par conséquent, on s'attend à ce que le nanomembrane puisse servir de matériau neuf de plate-forme à l'électronique de peau.

Source:
Journal reference:

Jung, D., et al. (2021) Highly conductive and elastic nanomembrane for skin electronics. Science. doi.org/10.1126/science.abh4357.