De nouvelles recherches montrent comment la technologie d'impression à jet d'encre peut être utilisée pour produire en série des circuits électroniques en alliages de métal liquide pour les "robots mous" et l'électronique flexible.

Les technologies élastiques pourraient rendre possible une nouvelle classe de robots flexibles et de vêtements extensibles que les gens pourraient porter pour interagir avec des ordinateurs ou à des fins thérapeutiques. Cependant, de nouvelles techniques de fabrication doivent être développées avant que les machines douces ne deviennent commercialement réalisables, dit Rebecca Kramer, professeur adjoint de génie mécanique à l'Université Purdue.

"Nous voulons créer une électronique extensible qui pourrait être compatible avec les machines douces, tels que les robots qui doivent se faufiler dans de petits espaces, ou des technologies portables qui ne restreignent pas les mouvements, " dit-elle. " Les conducteurs en métal liquide peuvent s'étirer et se déformer sans se casser. "

Une nouvelle approche de fabrication potentielle se concentre sur l'exploitation de l'impression à jet d'encre pour créer des dispositifs en alliages liquides.

"Ce procédé nous permet désormais d'imprimer des conducteurs flexibles et extensibles sur n'importe quoi, y compris les matériaux et tissus élastiques, " a déclaré Kramer.

Un article de recherche sur la méthode paraîtra le 18 avril dans la revue Matériaux avancés . L'article présente généralement la méthode, appelées nanoparticules de gallium-indium frittées mécaniquement, et décrit les recherches qui ont mené au projet. Il a été rédigé par le chercheur postdoctoral John William Boley, étudiant diplômé Edward L. White et Kramer.

Une encre imprimable est fabriquée en dispersant le métal liquide dans un solvant non métallique à l'aide d'ultrasons, qui décompose le métal liquide en vrac en nanoparticules. Cette encre remplie de nanoparticules est compatible avec l'impression jet d'encre.

"Le métal liquide sous sa forme native n'est pas compatible avec le jet d'encre, " a déclaré Kramer. " Donc, ce que nous faisons, c'est créer des nanoparticules de métal liquide qui sont suffisamment petites pour passer à travers une buse à jet d'encre. Sonication de métal liquide dans un solvant porteur, comme l'éthanol, à la fois crée les nanoparticules et les disperse dans le solvant. Ensuite, nous pouvons imprimer l'encre sur n'importe quel substrat. L'éthanol s'évapore donc nous nous retrouvons avec des nanoparticules de métal liquide sur une surface."

Après impression, les nanoparticules doivent être réunies en appliquant une légère pression, ce qui rend le matériau conducteur. Cette étape est nécessaire car les nanoparticules de métal liquide sont initialement enrobées de gallium oxydé, qui agit comme une peau qui empêche la conductivité électrique.

"Mais c'est une peau fragile, Ainsi, lorsque vous appliquez une pression, la peau se brise et tout se fond en un film uniforme, " a déclaré Kramer. " Nous pouvons le faire soit en tamponnant, soit en faisant glisser quelque chose sur la surface, comme l'arête vive d'une pointe en silicone."

L'approche permet de sélectionner les portions à activer en fonction des conceptions particulières, suggérant qu'un film vierge pourrait être fabriqué pour une multitude d'applications potentielles.

"Nous activons sélectivement les composants électroniques que nous voulons activer en appliquant une pression uniquement sur ces zones, " dit Kramer, qui a reçu cette année un prix de développement de carrière de la National Science Foundation, qui soutient la recherche pour déterminer comment développer au mieux l'encre à métal liquide.

Le procédé pourrait permettre de produire rapidement en masse de grandes quantités de film.

Les recherches futures exploreront comment l'interaction entre l'encre et la surface imprimée pourrait être propice à la production de types spécifiques d'appareils.

"Par exemple, comment les nanoparticules s'orientent-elles sur les surfaces hydrophobes versus hydrophiles ? Comment pouvons-nous formuler l'encre et exploiter son interaction avec une surface pour permettre l'auto-assemblage des particules ?", a-t-elle déclaré.

Les chercheurs étudieront et modéliseront également la rupture des particules individuelles lorsqu'une pression est appliquée, fournissant des informations qui pourraient permettre la fabrication de traces ultrafines et de nouveaux types de capteurs.