Les avancées technologiques récentes ont permis le développement d'une électronique de plus en plus sophistiquée. Certains de ces nouveaux outils, en particulier les appareils portables et les robots mous, nécessitent ou peuvent grandement bénéficier de composants électroniques flexibles, y compris les capteurs, actionneurs et supercondensateurs.

Des chercheurs de l'Université de Zhengzhou et de l'Université de Pékin en Chine ont récemment développé un nouveau capteur de contrainte hydrogel extensible et compressible qui pourrait être utilisé pour fabriquer une variété de technologies flexibles ou douces avec des capacités de détection, y compris les trackers de santé et les skins robotiques. Ce capteur, présenté dans un article publié dans Matériaux macromoléculaires et ingénierie , est à la fois facile à fabriquer et abordable, ce qui le rend idéal pour les implémentations à grande échelle.

Les chercheurs l'ont créé en dispersant uniformément de la poudre de nanofibres de carbone (CFP) à l'intérieur d'un hydrogel à base d'alcool polyvinylique (PVA). Le PVA s'est jusqu'à présent révélé très prometteur pour le développement de l'électronique flexible en raison de ses propriétés mécaniques avantageuses et du fait qu'il est biodégradable.

En dispersant le CFP à l'intérieur de l'hydrogel à base de PVA, les chercheurs ont pu améliorer la résistance mécanique du matériau et augmenter sa conductivité électrique. Ils ont utilisé ce qu'on appelle une méthode de « cycle de congélation-décongélation », qui implique la congélation et la décongélation répétées d'une substance.

L'hydrogel PVA/CFP produit à partir de ce processus s'est avéré présenter une large plage d'étirement (366%) et de compression (70%). Cela le rend idéal pour le développement d'électronique très flexible, qui peut être étiré ou comprimé tout en maintenant des capacités de détection optimales.

« Pendant 1000 cycles de chargement-déchargement, l'hydrogel PVA/CFP a une faible déformation plastique ( <10 %, pour l'étirement et la compression), faible efficacité de perte d'énergie (5,62 % sous étirement et 12,13 % sous compression), et une résistance mécanique stable et une excellente sensibilité, qu'il soit étiré à 100 % ou comprimé à 50 % de déformations, ", ont écrit les chercheurs dans leur article.

En plus d'être assez simple et efficace, ce procédé de fabrication de capteurs étirables et compressibles est peu coûteux, et pourrait ainsi être facilement agrandie. De plus, il permet le développement de capteurs hautement performants capables de détecter un large éventail de comportements ou d'activités humains.

Par exemple, les capteurs créés à l'aide de la nouvelle stratégie de fabrication peuvent détecter avec précision lorsqu'un utilisateur plie ou étire ses articulations, respiration, et avaler. Ils peuvent également sentir les changements de pression qui se produisent lorsque les humains marchent ou se déplacent.

Les chercheurs ont testé leurs capteurs dans plusieurs scénarios, les placer sur le poignet d'un utilisateur pour détecter la tension des muscles du poing, sur la gorge pour surveiller la déglutition, sur le ventre pour détecter la respiration, ou sous la semelle des chaussures pour surveiller le comportement de marche de l'utilisateur. Ils ont également utilisé les mêmes capteurs pour détecter le toucher d'un humain et lorsqu'il a appuyé sur le capteur.

Le capteur de contrainte hydrogel nanofibre de carbone-polymère a déjà obtenu des résultats très prometteurs, mettant en évidence son potentiel pour une variété d'applications. À l'avenir, il pourrait être utilisé pour développer de nouveaux appareils portables, tels que les montres connectées et les trackers de santé, mais il pourrait également permettre la fabrication de peaux électroniques extensibles avec des capacités de détection avancées.

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