Plusieurs applications industrielles, automobiles et de soins de santé reposent sur une mesure exacte et précise de la pression. Les capteurs de pression flexibles et portables sont généralement fabriqués à l'aide de polymères à base de pétrole. Les déchets solides générés par l'utilisation de tels plastiques non biodégradables sont nocifs pour l'environnement. Pour éviter ce problème, des chercheurs de l'Indian Institute of Science (IISc) ont maintenant fabriqué des capteurs de pression qui utilisent le papier comme support.

Un capteur de pression détecte la pression physique et la convertit en un signal électrique qui est affiché sous la forme d'un nombre indicatif de son amplitude. De nos jours, les appareils électroniques à base de papier attirent de plus en plus l'attention en raison de leur biodégradabilité naturelle, de leur excellente flexibilité, de leur structure fibreuse poreuse, de leur légèreté et de leur faible coût. Cependant, les capteurs à base de papier développés jusqu'à présent présentent certains inconvénients.

"Dans tout capteur, il y a toujours un compromis entre la sensibilité et la plage dynamique. Nous voulons avoir une sensibilité élevée. La sensibilité est essentiellement une mesure de la plus petite entité (quantité de pression) que nous pouvons détecter. Et nous voulons sentir que quantité sur une large plage », déclare Navakanta Bhat, professeur au Centre pour la nanoscience et l'ingénierie (CeNSE) et auteur correspondant de l'article publié dans ACS Sustainable Chemistry &Engineering . Son équipe a proposé une conception pour le capteur de papier qui, en raison de sa structure et de ses multicouches, atteint une sensibilité élevée et peut détecter une large gamme de pressions (0 à 120 kPa) avec un temps de réponse de 1 milliseconde.

Le capteur est constitué de papiers de cellulose lisses et ondulés enduits de monosulfure d'étain (SnS) empilés alternativement pour former une architecture multicouche. Le SnS est un semi-conducteur qui conduit l'électricité dans des conditions spécifiques. "Le papier en soi est un isolant. Le principal défi consistait à choisir une structure et un matériau de dispositif 3D appropriés pour conférer des propriétés conductrices au papier", explique Neha Sakhuja, ancien Ph.D. étudiant au CeNSE et premier auteur de l'article.

Lorsqu'une pression est appliquée sur la surface du capteur, les entrefers entre les couches de papier diminuent, augmentant la surface de contact entre ces couches. Une surface de contact plus élevée conduit à une meilleure conductivité électrique. Au relâchement de la pression, les entrefers augmentent à nouveau, diminuant ainsi la conduction électrique. Cette modulation de la conductivité électrique entraîne le mécanisme de détection du capteur de papier.

"Notre principale contribution est la simplicité de l'appareil. C'est comme créer un origami en papier", explique Bhat.

Le capteur semble prometteur en étant développé en un appareil électronique flexible et portable, en particulier dans le secteur de la santé. Par exemple, l'équipe de recherche l'a monté sur une joue humaine pour étudier le mouvement impliqué dans la mastication, l'a attaché à un bras pour surveiller la contraction musculaire et autour des doigts pour suivre leur tapotement. L'équipe a même conçu un clavier numérique pliable construit à l'aide du capteur de pression papier interne pour démontrer la convivialité de l'appareil.

"Les applications futures de cet appareil ne sont limitées que par notre imagination", déclare Bhat. "Nous aimerions [également] travailler à l'augmentation de la stabilité et de la durabilité de ces capteurs et éventuellement collaborer avec les industries pour les fabriquer en grand nombre." + Explorer plus loin

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