Nanoingénieurs à l'Université de Californie, San Diego se demande ce qui serait possible si les matériaux semi-conducteurs étaient flexibles et extensibles sans sacrifier la fonction électronique ?

L'électronique flexible d'aujourd'hui permet déjà une nouvelle génération de capteurs portables et d'autres appareils électroniques mobiles. Mais cette électronique flexible, dans lequel des matériaux semi-conducteurs très minces sont appliqués sur une couche mince, substrat souple en motifs ondulés puis appliqué sur une surface déformable telle que peau ou tissu, sont encore construits autour de matériaux composites durs qui limitent leur élasticité.

Ecrire dans le journal Chimie des Matériaux , Darren Lipomi, professeur à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego, rapporte plusieurs nouvelles découvertes de son équipe qui pourraient conduire à des composants électroniques « moléculairement extensibles ».

Lipomi a comparé la différence entre l'électronique flexible et extensible à ce qui se passerait si vous essayiez d'envelopper un ballon de basket avec une feuille de papier ou une fine feuille de caoutchouc. Le papier se froisserait, tandis que le caoutchouc se conformerait à la surface de la balle.

"Nous développons les règles de conception d'une nouvelle génération de plastique - ou, meilleur, caoutchouc - électronique pour applications énergétiques, dispositifs biomédicaux, dispositifs portables et conformables pour les applications de défense, et pour l'électronique grand public, " a déclaré Lipomi. "Nous prenons ces règles de conception et faisons de la chimie humide en laboratoire pour fabriquer de nouveaux matériaux en caoutchouc semi-conducteurs."

Alors que l'électronique flexible basée sur des semi-conducteurs à couche mince est en voie de commercialisation, les matériaux et dispositifs électroniques extensibles en sont à leurs balbutiements. Les matériaux électroniques étirables seraient conformables aux surfaces non planes sans se froisser et pourraient être intégrés aux pièces mobiles des machines et au corps d'une manière que les matériaux ne présentant que de la flexibilité ne pourraient pas l'être. Par exemple, l'une des principales applications envisagées par Lipomi est une "bâche solaire" à faible coût qui peut être pliée pour l'emballage et étirée pour fournir de l'énergie à faible coût aux villages ruraux, les opérations de secours en cas de catastrophe et les militaires opérant dans des endroits éloignés. Un autre objectif à long terme du laboratoire Lipomi est de produire des polymères électroniques dont les propriétés - élasticité extrême, biodégradabilité, et l'auto-réparation - s'inspirent des tissus biologiques pour des applications dans les dispositifs biomédicaux implantables et les prothèses.

Lipomi a étudié pourquoi les structures moléculaires de ces semi-conducteurs en "caoutchouc" font que certains sont plus élastiques que d'autres. Dans un projet publié récemment dans la revue Macromolecules, le laboratoire Lipomi a découvert que les polymères avec des chaînes de sept atomes de carbone attachés produisent exactement le bon équilibre d'extensibilité et de fonctionnalité. Cet équilibre est essentiel pour produire des appareils « flexibles, extensible, pliable et incassable."

L'équipe de Lipomi a également créé un système de haute performance, polymère semi-conducteur élastique à "faible bande interdite" en utilisant une nouvelle stratégie synthétique inventée par l'équipe. Les polymères solides sont partiellement cristallins, ce qui leur confère de bonnes propriétés électriques, mais rend également le matériau polymère rigide et cassant. En introduisant un caractère aléatoire dans la structure moléculaire du polymère, Le laboratoire de Lipomi a multiplié par deux son élasticité sans diminuer les performances électroniques du matériau. Leur découverte, publié dans RSC Advances, est également utile pour des applications dans des dispositifs extensibles et ultra-flexibles.