Imprimantes 3D pour les conducteurs élastiques pour l'électronique extensible

11 mai 2023 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli, Tech Xplore

L'impression en trois dimensions (3D) est devenue de plus en plus avancée ces dernières années et a été utilisée avec succès pour créer d'innombrables articles, notamment des jouets, des meubles et des composants électroniques. À mesure que les équipements d'impression 3D deviennent plus abordables, il pourrait également être utilisé pour fabriquer des composants électroniques souples pour les dispositifs portables.

Malgré les promesses que cette technologie offre dans ce domaine, l'impression 3D est rarement utilisée avec succès pour produire des composants électroniques complexes et flexibles. Une raison en est que les matériaux élastiques solides conducteurs d'électricité sont difficiles à imprimer avec les encres existantes.

Récemment, des chercheurs du Korea Institute of Science and Technology ont réussi à utiliser l'impression 3D pour créer des composants élastiques conducteurs d'électricité. Leur stratégie d'impression proposée, décrite dans un article publié dans Nature Electronics, pourrait potentiellement ouvrir la voie à l'impression à grande échelle de composants multifonctionnels et extensibles pour les dispositifs portables.

La réalisation de conducteurs élastiques à l'aide de l'impression 3D par l'équipe est en grande partie rendue possible par une nouvelle encre composite à base d'émulsion qu'ils ont développée. Cette encre spéciale se compose de composants liquides dispersés dans un élastomère conducteur, un matériau caoutchouteux qui conduit l'électricité.

'L'impression de conducteurs élastiques à l'état solide avec des géométries tridimensionnelles est difficile car les propriétés rhéologiques des encres existantes ne permettent généralement que le dépôt couche par couche', ont écrit Byeongmoon Lee, Hyunjoo Cho et leurs collègues dans leur article.

'Nous montrons qu'un système d'émulsion, composé d'un composite d'élastomère conducteur, d'un solvant non miscible et d'un solvant émulsifiant, peut être utilisé pour l'impression omnidirectionnelle de conducteurs élastiques. Les propriétés viscoélastiques du composite confèrent une intégrité structurelle aux caractéristiques imprimées, permettant l'écriture directe de géométries tridimensionnelles indépendantes, filamenteuses et hors plan, et des comportements pseudoplastique et de lubrification qui assurent la stabilité de l'impression et évitent l'obstruction des buses.'

L'encre composite utilisée par les chercheurs présente de nombreuses propriétés avantageuses par rapport aux autres encres couramment utilisées dans l'impression 3D. En particulier, elle présente des propriétés viscoélastiques, de cisaillement et de lubrification, qui soutiennent mieux l'impression de structures 3D complexes.

'Les structures imprimées du conducteur intrinsèquement extensible présentent une taille de caractéristique minimale de moins de 100 μm et une extensibilité de plus de 150%', ont écrit Lee, Cho et leurs collègues dans leur article. 'La vaporisation de la phase de solvant dispersé dans l'émulsion conduit à la formation de réseaux conducteurs microstructurés, localisés en surface, qui améliorent la conductivité électrique.'

Pour démontrer le potentiel de leur approche d'impression 3D et de l'encre à base d'émulsion qu'ils ont conçue, les chercheurs ont imprimé des interconnexions élastiques qu'ils ont ensuite utilisées pour créer un capteur de température portable avec un affichage extensible. Ce dispositif s'est avéré performant et la même méthode pourrait bientôt être utilisée pour créer divers autres composants extensibles et conducteurs.

Dans leur article, Lee, Cho et leurs collègues soulignent la possibilité de combiner leur approche avec des technologies de numérisation 3D pour créer des dispositifs électroniques souples parfaitement alignés avec la forme du corps humain et donc plus confortables pour les utilisateurs à porter. De plus, l'encre qu'ils ont créée pourrait inspirer la création d'autres encres à base d'émulsion qui fonctionnent de manière similaire mais qui sont basées sur différentes compositions et élastomères.

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