Les ingénieurs de l'UC Berkeley ont donné un nouveau sens au terme « document de travail ». En utilisant des matériaux bon marché, ils ont fabriqué des interrupteurs et capteurs électroniques pliables directement sur papier, ainsi que des générateurs de prototypes, supercondensateurs et autres appareils électroniques pour une gamme d'applications.

La recherche pour développer l'électronique papier s'est accélérée au cours des 10 dernières années. Outre sa disponibilité et son faible coût, le papier offre un potentiel intrigant :il suffit de le plier pour allumer et éteindre des circuits ou changer leur activité, une sorte d'origami électronique.

Mais la plupart des efforts pour fabriquer des électrodes sur du papier avec une conductivité suffisante pour une utilisation pratique ont utilisé des métaux coûteux tels que l'or ou l'argent comme matériau conducteur, inondant les économies potentielles du papier comme substrat.

Cette nouvelle technologie utilise l'élément peu coûteux molybdène comme source de métal conducteur. Il est ajouté à la gélatine en solution et se lie au carbone de la gélatine. Le papier est ensuite enduit de la solution et séché. Un faisceau laser "écrit" précisément les motifs de circuits souhaités, chauffer le molybdène à environ 1, 000 degrés centigrades et formant des conducteurs en carbure de molybdène durable.

Les circuits écrits au laser mesurent environ 100 microns de large, soit environ le diamètre d'un cheveu humain. Toutes les parties non chauffées du papier restent non conductrices. Le revêtement de gélatine fournit non seulement le carbone pour le composé conducteur, mais empêche également le faisceau laser de brûler le papier.

"Sans la gélatine, le papier se transformerait en cendres, " dit Liwei Lin, professeur de génie mécanique et auteur principal d'un article dans la revue Matériaux avancés rapportant la nouvelle technologie polyvalente.

Un « document de travail » qui fait un travail réel

Les ingénieurs envisagent un potentiel étendu pour le nouveau, électronique papier jetable. Par exemple, les circuits pour détecter la contamination par les métaux lourds pourraient être "écrits" sur papier pour surveiller économiquement les toxines.

Un capteur composé de plusieurs électrodes intégrées sur un circuit papier pourrait détecter des niveaux de plomb dangereux dans une goutte d'eau ou dans une goutte de sang d'un patient, dit Xining Zang (MS '14, doctorat '17 ME), qui a dirigé la recherche en tant qu'étudiant diplômé en génie mécanique de Berkeley dans le laboratoire de Lin.

"Les électrodes auraient de petits espaces entre elles, et la présence de métal lourd dans l'échantillon achèverait le circuit, " elle explique.

Zang, auteur principal de l'article de revue, est maintenant chercheur postdoctoral au MIT.

La nouvelle stratégie d'électronique papier a émergé des recherches de Lin sur de nouveaux types de commutateurs, générateurs et batteries, et l'accent mis par Zang sur les nouveaux matériaux, ainsi qu'un intérêt commun dans le domaine croissant de l'application de l'origami aux applications électroniques et mécaniques.

"Beaucoup de gens ont fait des recherches sur l'origami, former différentes architectures et différentes formes pour remplir différentes fonctions, " dit Lin. "Notre travail fournit un chemin polyvalent et facile pour définir des zones conductrices sur le papier. Nous avons maintenant montré à la fois l'utilité d'écrire des motifs conducteurs polyvalents sur papier, et la durabilité du pliage du papier électronique des centaines de fois pour allumer et éteindre les circuits."

Il espère que les démonstrations pourront attirer l'attention sur une utilisation dans les condensateurs et les batteries. Les batteries sont essentiellement composées d'électrodes positives et négatives séparées par un petit espace contenant un électrolyte. Dans une pile en papier, il dit, une électrode positive et une électrode négative pourraient chacune être imprimées sur du papier de telle sorte que le pliage du papier créerait le petit espace nécessaire entre elles.

Zang a apporté ses recherches sur l'origami et les nouveaux matériaux au projet d'électronique papier. Elle souhaite intégrer des composants pour la production d'énergie, stockage et utilisation fonctionnelle, comme un capteur, le tout sur une seule feuille de papier.

"Un autonome, capteur jetable pourrait être très utile dans les pays en développement où portable, les outils de santé publique stockables et peu coûteux sont particulièrement demandés, " elle dit.