Des appareils suffisamment souples pour être portés confortablement, suffisamment sensibles pour mesurer une impulsion et transparents et donc à peine perceptibles sont une perspective attrayante pour une gamme d'applications allant de la surveillance biométrique aux interfaces utilisateur mains libres. Cependant, les propriétés matérielles requises restent un défi de taille. De nombreuses recherches ont porté sur les possibilités des polymères synthétiques conducteurs ou des nanomatériaux conducteurs associés à des substrats souples ou extensibles, mais aucun jusqu'à présent n'a pu rencontrer simultanément l'électronique, exigences optiques et mécaniques de ces applications. Maintenant, rapport dans Matériaux fonctionnels avancés des chercheurs au Canada et en Chine suggèrent qu'une substance dérivée des blancs d'œufs pourrait surpasser d'autres alternatives plus coûteuses sur le plan économique et environnemental.

Transitions de phase de base

Malcolm Xing, chercheur à l'Université du Manitoba au Canada, a d'abord tourné son attention vers les blancs d'œufs tout en réfléchissant aux bioadhésifs. "Un jour, quand j'ai cassé un œuf pour préparer de la nourriture à base d'œufs, J'ai trouvé le blanc d'oeuf, transparent et collant, toujours resté sur la coque intérieure, " explique Xing. Une enquête plus approfondie a révélé qu'un matériau de liaison hydrogel formé à partir du blanc d'œuf pouvait supporter le poids de masses de 6 kg, même sous l'eau. Mais d'autres surprises sont survenues lorsque les chaînes d'acides aminés du blanc d'œuf réticulées dans l'hydrogel n'ont pas été fixées. Xing et ses collaborateurs ont découvert que la même solution alcaline utilisée pour former l'hydrogel lorsqu'elle était ajoutée au blanc d'œuf a finalement déclenché une nouvelle transition de phase vers un liquide qui avait juste la haute transparence, conductivité ionique et faible viscosité qui pourraient bénéficier à l'électronique flexible.

Les protéines des blancs d'œufs sont riches en groupes carboxy, comme Xing et ses collaborateurs l'avaient observé dans des recherches antérieures. Lorsqu'une solution alcaline est ajoutée, ceux-ci forment des ions carboxyle, modifier les interactions électrostatiques en jeu entre les molécules pour qu'elles se réarrangent et se réticulent, formant un gel stable en solution alcaline diluée. Cependant, lorsque cet hydrogel reste trempé dans un milieu basique, il commence à s'hydrolyser, qui modifie à nouveau les structures des chaînes d'acides aminés, formant un liquide. "A notre connaissance, nous sommes les premiers à rapporter ce rôle de Janus de solution alcaline, possédant des faces de construction et de destruction, dans l'ensemble du processus de transition liquide-solide-liquide du blanc d'oeuf, " dit Xing.

Battre la concurrence

Les composites de nanomatériaux et les polymères conducteurs sont limités à une transparence d'environ 90 %. L'étirement est également un problème. Les nanomatériaux peuvent fournir des voies conductrices à travers un matériau extensible qui n'est normalement pas conducteur, mais ils sont sujets à l'agrégation, et l'étirement du matériau peut entraîner des ruptures dans ces voies. La combinaison de quelque chose comme un polymère conducteur avec un élastomère extensible est problématique en raison de l'inadéquation des propriétés du matériau, ce qui conduit à des changements hystérétiques de comportement. Une autre solution que les chercheurs ont étudiée est celle des liquides métalliques, où la faible viscosité évite les problèmes de décalages mécaniques, mais leur transparence est encore limitée, à environ 85 %.

Xing, Feng Lu et leurs collaborateurs de l'Université du Manitoba au Canada et de la Southern Medical University en Chine ont caractérisé le liquide de blanc d'œuf qui s'est formé à partir de l'hydrogel et ont mesuré une transparence ultra-élevée de 99,8 %. Xing attribue cela au pourcentage élevé (95%) de la substance qui est de l'eau, qui est lui-même transparent. Le réseau qui contient alors cette eau dans l'hydrogel est en partie réfléchissant, mais comme cela s'effondre pendant la transition gel-sol, le liquide est encore plus transparent que l'hydrogel.

La transition vers un liquide augmente également la conductivité de 16,9 S m ^-1 à 20,4 S m ^-1 . L'hydrogel plus ferme peut être facilement imprimé en 3D avant qu'il ne se liquéfie, ce qui est pratique lors de la production de structures hybrides avec des élastomères pour des appareils électroniques extensibles. Lorsque le liquide est encapsulé dans des canaux en élastomère, le matériau produit a une résistivité qui augmente avec la déformation lorsque la section transversale diminue, et l'hystérésis de ce matériau hybride après des étirements et des relaxations répétés est incroyablement bas de 0,77 %. "L'hystérésis négligeable a été la grande surprise lorsque nous avons adopté le liquide de blanc d'œuf comme conducteur dans l'électronique portable, car il n'est pas facile d'obtenir ce genre de performances avec cette matière simple et ce design, " dit Xing.

Les chercheurs ont exploité ces propriétés électroniques sensibles à la contrainte dans une gamme d'appareils. Ils ont fait la démonstration d'un moniteur de pouls au poignet qui pourrait déterminer les détails les plus fins de la fonction vasculaire, tels que l'indice d'augmentation radiale et le temps de transit du pouls. Ils ont créé une interface utilisateur consulaire capable de lire les expressions faciales et de conduire une voiture jouet radiocommandée d'un simple mouvement du poignet. Finalement, ils ont incorporé le liquide blanc d'œuf et les structures élastomères dans des dispositifs nanogénérateurs triboélectriques qui allument une LED en réponse aux applaudissements. Les recherches futures se concentreront sur le développement du liquide de blanc d'œuf en tant que matériau intelligent pour la robotique douce et les muscles artificiels.

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