Des scientifiques du Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont proposé une nouvelle méthode de fabrication de matériaux hautement transparents, conductrice de l'électricité, hydrogels résistants étirables modifiés par des nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT). Les résultats de l'étude ont été publiés dans Matériaux et interfaces appliqués ACS .

Les hydrogels sont de nouveaux matériaux mous avec des applications dans un éventail de technologies modernes, notamment l'ingénierie tissulaire, l'administration de médicaments, dispositifs biomédicaux, électronique extensible/bio-intégrée et robotique douce. Par ailleurs, les hydrogels qui ont des propriétés physiologiques et mécaniques similaires à celles de la peau humaine sont des matériaux idéaux pour une bio-intégration efficace de tels dispositifs électroniques. Les hydrogels conducteurs d'électricité (ECH) suscitent beaucoup d'intérêt dans le domaine de la science des biomatériaux en raison de leurs propriétés uniques. Cependant, l'incorporation efficace de matériaux conducteurs dans les matrices d'hydrogels pour une conductivité améliorée reste un grand défi.

Les SWCNT sont une famille unique de matériaux présentant des propriétés thermiques, propriétés électroniques et mécaniques, et ont donc été utilisés comme nanocharges d'hydrogels nanocomposites.

Dans cette recherche, les scientifiques ont utilisé une technique en une étape pour faciliter le transfert à sec des SWCNT sur des hydrogels, évitant ainsi les problèmes liés à l'agglomération des SWCNT et à l'élimination des tensioactifs, tout en simplifiant l'ensemble du processus de fabrication.

Les chercheurs ont démontré deux façons de fabriquer des structures SWCNT/hydrogel. La première approche est basée sur un simple transfert des SWCNT d'un filtre à la surface d'hydrogel telle que préparée, tandis que la seconde est basée sur le pré-étirage de l'hydrogel avant le dépôt du film SWCNT. Sur la base de la caractérisation effectuée, la première approche peut être utilisée pour l'utilisation de la structure SWCNT/hydrogel en tant que matériau sensible à la déformation ; l'équipe a observé un comportement stable pendant 5, 000 cycles d'étirement/relâchement.

La deuxième approche surmonte la faible conductivité à des contraintes élevées et assure une transparence élevée. De plus, il peut être utilisé pour des applications, où la performance stable des électrodes pendant l'étirement est nécessaire sans altération des propriétés électriques. "Dans ce travail, nous rapportons de nouveaux transparents, extensible, des hydrogels conducteurs et biocompatibles modifiés par des films SWCNT pour créer des électrodes passives et des capteurs actifs pour l'électronique portable et semblable à la peau. Nous introduisons ici une étape, méthode universelle et applicable pour la fabrication de structures SWCNT/hydrogel, capable de résister à un étirement intrinsèque allant jusqu'à 100 pour cent de contrainte. Notre méthode de modelage de film SWCNT permet de créer des circuits électroniques de grande surface, ainsi qu'une variété d'appareils portables, y compris les skins électroniques, " a déclaré Evgenia Gilshteyn, étudiante au doctorat de Skoltech, le premier auteur de l'article.

"En utilisant l'approche proposée, nous avons créé mécaniquement robuste, très extensible, biocompatible, structures SWCNT/hydrogel conductrices et transparentes et démontrent leurs applications en tant que capteurs de mouvement articulaire montés sur le doigt et électrodes électrocardiographiques. Les avantages des structures proposées en terme de conductivité, extensibilité, la transparence et l'applicabilité pour la création de circuits électroniques sont évidentes et discutées dans notre document de recherche, " a déclaré le professeur de Skoltech Albert Nasibulin.