Les matériaux électroniques ont été une pierre d'achoppement majeure pour l'avancée de l'électronique flexible, car les matériaux existants ne fonctionnent pas bien après la rupture et la guérison. Un nouveau matériel électronique créé par une équipe internationale, cependant, peut guérir toutes ses fonctions automatiquement même après plusieurs ruptures. Ce matériau pourrait améliorer la durabilité des appareils électroniques portables.

« L'électronique portable et pliable est soumise à une déformation mécanique au fil du temps, qui pourraient les détruire ou les casser, " a déclaré Qing Wang, professeur de science et génie des matériaux, État de Penn. "Nous voulions trouver un matériel électronique qui se répare pour lui redonner toutes ses fonctionnalités, et le faire après plusieurs pauses."

Les matériaux auto-réparables sont ceux qui, après avoir résisté à une déformation physique telle qu'être coupé en deux, se réparent naturellement avec peu ou pas d'influence extérieure.

Autrefois, les chercheurs ont pu créer des matériaux auto-réparables qui peuvent restaurer une fonction après la rupture, mais la restauration d'une suite de fonctions est essentielle pour créer des appareils électroniques portables efficaces. Par exemple, si un matériau diélectrique conserve sa résistivité électrique après autocicatrisation mais pas sa conductivité thermique, qui pourrait mettre l'électronique en danger de surchauffe.

Le matériau créé par Wang et son équipe restaure toutes les propriétés nécessaires à une utilisation comme diélectrique dans l'électronique portable :résistance mécanique, résistance à la rupture pour protéger contre les surtensions, résistivité électrique, conductivité thermique et diélectrique, ou isolant, Propriétés. Ils ont publié leurs conclusions en ligne dans Matériaux fonctionnels avancés .

La plupart des matériaux auto-cicatrisables sont mous ou « ressemblant à de la gomme, " dit Wang, mais le matériel que lui et ses collègues ont créé est très difficile en comparaison. Son équipe a ajouté des nanofeuillets de nitrure de bore à un matériau de base en polymère plastique. Comme le graphène, les nanofeuillets de nitrure de bore sont bidimensionnels, mais au lieu de conduire l'électricité comme le graphène, ils résistent et l'isolent.

"La plupart des recherches sur les matériaux électroniques auto-réparables se sont concentrées sur la conductivité électrique, mais les diélectriques ont été négligés, ", a déclaré Wang. "Nous avons besoin d'éléments conducteurs dans les circuits, mais nous avons également besoin d'une isolation et d'une protection pour la microélectronique."

Le matériau est capable de s'auto-cicatriser car les nanofeuillets de nitrure de bore se connectent les uns aux autres avec des groupes de liaison hydrogène fonctionnalisés sur leur surface. Lorsque deux pièces sont placées à proximité, l'attraction électrostatique se produisant naturellement entre les deux éléments de liaison les rapproche l'un de l'autre. Lorsque la liaison hydrogène est rétablie, les deux morceaux sont « guéris ». Selon le pourcentage de nanofeuillets de nitrure de bore ajoutés au polymère, cette auto-guérison peut nécessiter une chaleur ou une pression supplémentaire, mais certaines formes du nouveau matériau peuvent s'auto-cicatriser à température ambiante lorsqu'elles sont placées les unes à côté des autres.

Contrairement à d'autres matériaux guérissables qui utilisent des liaisons hydrogène, les nanofeuillets de nitrure de bore sont imperméables à l'humidité. Cela signifie que les appareils utilisant ce matériau diélectrique peuvent fonctionner efficacement dans des contextes d'humidité élevée comme dans une douche ou à la plage.

"C'est la première fois qu'un matériau auto-cicatrisable a été créé qui peut restaurer plusieurs propriétés sur plusieurs pauses, et nous voyons que cela est utile dans de nombreuses applications, " dit Wang.

Lixin Xing, Penn State et Harbin Institute of Technology; Qi Li, Guangzu Zhang, Xiaoshan Zhang et Feihua Liu, tous à Penn State; et Li Liuand Yudong Huang, Institut de technologie de Harbin, collaboré à cette recherche.

Le China Scholarship Council a soutenu cette recherche.