Une équipe d'ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego a développé une encre magnétique qui peut être utilisée pour fabriquer des batteries auto-réparatrices, capteurs électrochimiques et portables, circuits électriques à base de textile.

L'ingrédient clé de l'encre est constitué de microparticules orientées dans une certaine configuration par un champ magnétique. En raison de la façon dont ils sont orientés, les particules des deux côtés d'une larme sont attirées magnétiquement les unes aux autres, provoquant la guérison d'un appareil imprimé avec de l'encre. Les appareils réparent des déchirures aussi larges que 3 millimètres, un record dans le domaine des systèmes d'auto-guérison.

Les chercheurs détaillent leurs conclusions dans le numéro du 2 novembre de Avancées scientifiques .

« Notre travail est très prometteur pour des applications pratiques généralisées pour les appareils électroniques imprimés de longue durée, " a déclaré Joseph Wang, directeur du Center for Wearable Sensors et président du département de nano-ingénierie de l'UC San Diego.

Les matériaux d'auto-guérison existants nécessitent un déclencheur externe pour démarrer le processus de guérison. Ils mettent également entre quelques minutes et plusieurs jours pour travailler. Par contre, le système développé par Wang et ses collègues ne nécessite aucun catalyseur extérieur pour fonctionner. Les dommages sont réparés en 50 millisecondes environ (0,05 seconde).

Les ingénieurs ont utilisé l'encre pour imprimer des batteries, capteurs électrochimiques et portables, circuits électriques à base de textile (voir vidéo). Ils se sont ensuite mis à endommager ces appareils en les coupant et en les séparant pour créer des écarts de plus en plus larges. Les chercheurs ont endommagé à plusieurs reprises les appareils neuf fois au même endroit. Ils ont également infligé des dégâts à quatre endroits différents sur le même appareil. Les appareils se guérissaient encore et récupéraient leur fonction tout en perdant un minimum de conductivité.

Par exemple, Les nanoingénieurs ont imprimé un circuit d'auto-guérison sur la manche d'un T-shirt et l'ont connecté avec une lumière LED et une pile bouton. Les chercheurs ont ensuite découpé le circuit et le tissu sur lequel il était imprimé. À ce moment, la LED s'est éteinte. Mais en quelques secondes, il a commencé à se rallumer lorsque les deux côtés du circuit se sont à nouveau réunis et se sont guéris, rétablir la conductivité.

« Nous voulions développer un système intelligent doté d'impressionnantes capacités d'auto-guérison et faciles à trouver, matériaux bon marché, " dit Amay Bandodkar, l'un des premiers auteurs des articles, qui a obtenu son doctorat. dans le laboratoire de Wang et est maintenant chercheur postdoctoral à l'Université Northwestern.

Fabrication

Le groupe de recherche de Wang est un leader dans le domaine des capteurs portables imprimés, son équipe de nano-ingénieurs s'est donc naturellement tournée vers l'encre comme point de départ de son système d'auto-guérison.

Les ingénieurs ont chargé l'encre de microparticules constituées d'un type d'aimant couramment utilisé dans la recherche et constitué de néodyme, un doux, métal argenté. Le champ magnétique des particules est beaucoup plus grand que leur taille individuelle. C'est la clé des propriétés d'auto-guérison de l'encre car l'attraction entre les particules conduit à la fermeture de larmes de quelques millimètres de large.

Les particules conduisent également l'électricité et sont peu coûteuses. Mais ils ont de mauvaises propriétés électrochimiques, les rendant difficiles à utiliser dans les dispositifs électrochimiques, tels que des capteurs, par eux-même. Pour remédier à ce problème, les chercheurs ont ajouté du noir de carbone à l'encre, un matériau couramment utilisé pour fabriquer des batteries et des capteurs.

Mais les chercheurs ont réalisé que les champs magnétiques des microparticules, dans leur configuration naturelle, s'annulent, qui les a privés de leurs propriétés curatives. Les ingénieurs ont résolu ce problème en imprimant l'encre en présence d'un champ magnétique externe, qui garantissait que les particules s'orientaient pour se comporter comme un aimant permanent avec deux pôles opposés à l'extrémité de chaque dispositif imprimé. Lorsque l'appareil est coupé en deux, les deux pièces endommagées agissent comme des aimants différents qui s'attirent et s'auto-guérissent.

À l'avenir, les ingénieurs envisagent de fabriquer différentes encres avec différents ingrédients pour une large gamme d'applications. En outre, ils prévoient de développer des simulations informatiques pour tester différentes recettes d'encre auto-réparatrice in silico avant de les essayer en laboratoire.