L'équipe de recherche NUS à l'origine du nouveau matériel électronique est dirigée par le professeur adjoint Benjamin Tee (au centre). Avec lui sont deux membres de l'équipe :M. Wang Guanxiang (à gauche), qui tient un échantillon du matériau illuminé, et le Dr Tan Yu Jun (à droite). Crédit :Université nationale de Singapour
Imaginez un écran numérique flexible qui se répare lorsqu'il se fissure, ou un robot électroluminescent qui localise les survivants dans l'obscurité, environnements dangereux ou effectue des tâches agricoles et d'exploration spatiale. Un nouveau matériau développé par une équipe de chercheurs de la NUS pourrait transformer ces idées en réalité.
La nouvelle matière extensible, lorsqu'il est utilisé dans des dispositifs à condensateur électroluminescent, permet un éclairage très visible à des tensions de fonctionnement beaucoup plus faibles, et est également résistant aux dommages en raison de ses propriétés d'auto-guérison.
Cette nouveauté, appelé l'HELIOS (qui signifie Guérison, Dispositif d'éclairage optoélectronique extensible à faible champ), a été réalisé par le professeur adjoint Benjamin Tee et son équipe du NUS Institute for Health Innovation &Technology et NUS Materials Science and Engineering. Les résultats de la recherche ont été publiés pour la première fois dans Matériaux naturels le 16 décembre 2019.
Durable, matériau à faible consommation pour les appareils électroniques portables de nouvelle génération et les robots souples
« Les matériaux optoélectroniques étirables conventionnels nécessitent une tension élevée et des fréquences élevées pour obtenir une luminosité visible, ce qui limite la portabilité et la durée de vie. De tels matériaux sont également difficiles à appliquer en toute sécurité et silencieusement sur les interfaces homme-machine, " a expliqué le professeur adjoint Tee, qui est également de NUS Génie électrique et informatique, N.1 Institute for Health et le programme Hybrid Integrated Flexible Electronic Systems.
Pour surmonter ces défis, l'équipe de cinq chercheurs NUS a commencé à étudier et à expérimenter des solutions possibles en 2018, et a finalement développé HELIOS après un an.
Afin d'abaisser les conditions de fonctionnement électronique des matériaux optoélectroniques étirables, l'équipe a développé un matériau qui a une permittivité diélectrique très élevée et des propriétés d'auto-guérison. Le matériau est un transparent, feuille de caoutchouc élastique composée d'un mélange unique de fluoroélastomère et de tensioactif. La permittivité diélectrique élevée lui permet de stocker plus de charges électroniques à des tensions plus basses, permettant une luminosité plus élevée lorsqu'il est utilisé dans un dispositif de condensateur électroluminescent.
Contrairement aux condensateurs électroluminescents extensibles existants, Les appareils compatibles HELIOS peuvent s'allumer à des tensions quatre fois inférieures, et obtenez un éclairage plus de 20 fois plus lumineux. Il a également atteint un éclairement de 1460 cd/m 2 à 2,5 V/µm, le plus lumineux atteint à ce jour par les condensateurs électroluminescents extensibles, et est maintenant comparable à la luminosité des écrans de téléphones portables. En raison de la faible consommation d'énergie, HELIOS peut atteindre une durée de vie plus longue, être utilisé en toute sécurité dans les interfaces homme-machine, et être alimenté sans fil pour améliorer la portabilité.
HELIOS est également résistant aux déchirures et aux perforations. Les liaisons réversibles entre les molécules du matériau peuvent être rompues et reformées, permettant ainsi au matériau de s'auto-cicatriser dans des conditions environnementales ambiantes.
Décrire l'impact potentiel d'HELIOS, Le professeur adjoint Tee a dit, « La lumière est un mode de communication essentiel entre les humains et les machines. Alors que les humains deviennent de plus en plus dépendants des machines et des robots, l'utilisation d'HELIOS pour créer des dispositifs ou des écrans émettant de la lumière « invincibles » qui sont non seulement durables, mais également économes en énergie, présente une grande valeur. Cela pourrait générer des économies à long terme pour les fabricants et les consommateurs, réduire les déchets électroniques et la consommation d'énergie, et à son tour, permettre aux technologies d'affichage avancées de devenir à la fois porte-monnaie et respectueuses de l'environnement."
Par exemple, HELIOS peut être utilisé pour fabriquer des écrans sans fil durables et résistants aux dommages. Il peut également fonctionner comme une peau électronique éclairante pour des robots mous autonomes à déployer pour une agriculture d'intérieur intelligente, missions spatiales ou zones sinistrées. Ayant une faible puissance, La peau éclairante auto-réparatrice fournira un éclairage de sécurité au robot pour manœuvrer dans l'obscurité tout en restant opérationnel pendant des périodes prolongées.
L'équipe NUS a déposé un brevet pour le nouveau matériau, et cherche à étendre la technologie pour les emballages spécialisés, feux de sécurité, appareils portables, applications automobiles et robotiques.
