Un hydrogel autoremédiant conducteur pour créer des capteurs flexibles.

2 juin 2023 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

Des avancées récentes dans le domaine de l'électronique ont permis la création de dispositifs de plus en plus petits et sophistiqués, notamment des technologies vestimentaires, des biosenseurs, des implants médicaux et des robots souples. La plupart de ces technologies sont basées sur des matériaux extensibles présentant des propriétés électroniques. 

Alors que les scientifiques des matériaux ont déjà introduit une large gamme de matériaux flexibles pouvant être utilisés pour créer des électroniques, nombreux sont ceux qui sont fragiles et peuvent être facilement endommagés. Comme les dommages aux matériaux peuvent entraîner leur défaillance, tout en compromettant le fonctionnement global du système dans lequel ils sont intégrés, plusieurs matériaux souples et conducteurs existants peuvent finir par être peu fiables et ne pas convenir à des mises en œuvre à grande échelle.

Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Harbin en Chine ont récemment développé un nouvel hydrogel conducteur et auto-cicatrisant qui pourrait être utilisé pour créer des capteurs flexibles pour les dispositifs vestimentaires, les robots ou autres. Ce matériau et sa composition ont été décrits dans le Journal of Science: Advanced Materials and Devices.

« Dans cet article, l'alcool polyvinylique (PVA) et le 4-carboxylbenzaldéhyde (CBA) ont été utilisés pour former un double squelette de réseau, et la polyaniline (PANI) a été introduite pour assembler un capteur flexible présentant d'excellentes performances d'auto-cicatrisation », ont écrit Xiaoming Wang, Ling Weng et leurs collègues dans leur article. « L'association hydrophobe de PVA et CBA garantit les propriétés mécaniques du capteur hydrogel, et l'introduction de PANI apporte des propriétés électriques au capteur hydrogel. »

Wang, Weng et leurs collègues ont créé leur matériau en introduisant le CBA, un composé organique constitué d'un cycle benzénique substitué par un aldéhyde et un acide carboxylique, dans le PVA, un polymère synthétique hydrosoluble, et en ajoutant le polymère conducteur PANI via une interaction électrostatique. Lors des tests initiaux, ils ont constaté que le matériau avait des propriétés mécaniques remarquables et pouvait se cicatriser après avoir été endommagé. De plus, il pouvait atteindre une contrainte maximale de 4,35 Mpa et une déformation maximale de 380%.

Les chercheurs ont ensuite utilisé le matériau pour créer un capteur de contrainte, un dispositif de détection capable de détecter les forces externes et la pression appliquée provenant de son environnement. Ce capteur s'est avéré performant, mesurant à la fois de petits signaux de déformation, tels qu'une toux ou la parole d'un porteur, ainsi que des mouvements corporels plus vigoureux.

« Le capteur flexible préparé dans cet article a une sensibilité de 1,71 dans la plage de déformation de 0 à 300%, et une limite de détection de déformation inférieure à 1% », ont écrit Wang, Weng et leurs collègues dans leur article. « Le temps de réponse du capteur hydrogel lors de l'étirement est de 158 ms. De plus, le capteur hydrogel présente également des performances d'auto-cicatrisation. À température ambiante, après que l'hydrogel a été coupé, il ne faut qu'une minute pour effectuer la réparation, et le taux d'auto-cicatrisation est d'environ 60%. »

À l'avenir, l'hydrogel créé par cette équipe de chercheurs pourrait être utilisé pour développer une large gamme d'autres capteurs et électroniques vestimentaires, tels que des capteurs capables de détecter le mouvement humain ou des dispositifs médicaux qui surveillent des signaux biologiques spécifiques. De plus, leur travail pourrait ouvrir la voie au développement de nouveaux hydrogels flexibles et conducteurs ayant des propriétés d'auto-cicatrisation similaires.

Plus d'informations : Xiaoming Wang et al, Constructing conductive and mechanical strength self-healing hydrogel for flexible sensor, Journal of Science: Advanced Materials and Devices (2023). DOI: 10.1016/j.jsamd.2023.100563

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