Figure 1-1 Résumé graphique du travail. Les nanotubes de carbone avec décoration en platine (Pt) montrent une forte affinité avec les métaux liquides (à gauche), et il en résulte la dispersion uniforme des nanotubes de carbone dans le métal liquide, formant un composite métallique étirable (milieu). Le composite métallique étirable a des propriétés mécaniques supérieures à celles du métal liquide vierge, et convient donc pour être modelé comme systématiquement fin (c'est-à-dire haute résolution), Structures 3D (à droite). Crédit : Institut des sciences fondamentales
Les scientifiques d'IBS ont développé des composites métalliques extensibles et les ont imprimés en 3D sur des substrats souples à température ambiante. En permettant des interconnexions 3D toujours plus fines, cette étude peut contribuer à révolutionner l'apparence physique des gadgets intelligents, en plus de renforcer leurs fonctions techniques.
Il semble que le temps soit révolu où le simple fait de jeter une montre intelligente à votre poignet vous donne l'air cool. L'industrie de la biotechnologie vestimentaire a récemment révélé sa soif insatiable d'articles futuristes. Des lunettes anti-douleur qui surveillent les ondes cérébrales, autocollants de surveillance des signes vitaux, et même des lunettes de lecture mentale. Ce ne sont que quelques-uns des derniers éléments discutés lors du Wearable Tech 2019, Santé numérique, et conférences Neurotech Silicon Valley. Pour ne pas être sûr que tous ces prototypes portables puissent s'imposer, mais une chose est claire :il y a plus à venir dans le domaine de la technologie portable. Ce grand potentiel a été, cependant, freinés par une contrainte technique :ces wearables ne se sont jamais vraiment sentis « portables » pour leurs utilisateurs.
Bien qu'ils soient censés être la seconde peau du porteur, il a été techniquement impossible de concevoir des appareils « portables » qui sont confortables à plier et à étirer et qui conservent également de bonnes capacités d'enregistrement de données sur une peau douce et courbée. Les appareils intelligents portables recueillent les mesures biologiques d'une personne en connectant des électrodes à la surface de la peau. À l'intérieur de l'appareil se trouvent des câblages d'électrodes en forme de 3-D (c'est-à-dire des interconnexions) qui transmettent des signaux électriques. À ce jour, non seulement les câblages ne peuvent être formés que sur une surface dure, mais aussi les composants de telles interconnexions en métaux délicats et difficilement étirables comme l'or, le cuivre, et aluminium. Dans un article publié aujourd'hui dans la revue Lettres nano , l'équipe de recherche conjointe dirigée par le Pr Jang-Ung Park au Centre de nanomédecine au sein de l'Institut des sciences fondamentales (IBS) de Daejeon, Corée du Sud, et le professeur Chang Young Lee de l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST) à Ulsan, La Corée du Sud a signalé des matériaux d'électrode entièrement transformables qui présentent également une conductivité électrique élevée. Notamment, ce nouveau composite est ultra-mince, 5 micromètres de diamètre, qui est la moitié de la largeur du câblage conventionnel. En permettant des interconnexions 3D toujours plus fines, cette étude peut contribuer à révolutionner l'apparence physique des gadgets intelligents, en plus de renforcer leurs fonctions techniques.
Figure 1-2 Photographies de métal liquide (à gauche), métal liquide avec nanotubes de carbone sans platine (Pt) (milieu), composite métallique étirable avec décoration Pt à la surface de nanotubes de carbone (à droite). Le platine (Pt) permet la dispersion uniforme des nanotubes de carbone dans une matrice métallique liquide. Crédit : Institut des sciences fondamentales
L'équipe de recherche a utilisé des métaux liquides (LM) comme substrat principal, car les LM sont hautement extensibles et ont des conductivités relativement élevées similaires à celles des métaux solides. Pour améliorer la stabilité mécanique du liquide métallique, les nanotubes de carbone (CNT) ont été dispersés uniformément. "Avoir une dispersion uniforme et homogène des NTC dans le métal liquide, nous avons sélectionné le platine (Pt), pour avoir une forte affinité à la fois avec CNT et LM, comme le mélangeur et cela a fonctionné, " dit Young-Geun Park, le premier auteur de l'étude.
Cette étude a également démontré une nouvelle technologie d'interconnexion qui peut former une structure 3-D hautement conductrice à température ambiante :Pour avoir une conductivité élevée, le nouveau système ne nécessite aucun processus de chauffage ou de compression. De plus, la nature douce et extensible de la nouvelle électrode permet de passer facilement à travers la buse dans un diamètre fin. L'équipe de recherche a utilisé une buse pour l'impression directe de diverses structures de motifs 3D, comme le montre la figure 3. Park explique :« La formation d'interconnexions 3D à haute conductivité à température ambiante est une technologie essentielle qui permet l'utilisation de divers matériaux électroniques flexibles. La technologie de liaison par fil utilisée dans les appareils électroniques existants forme des interconnexions à l'aide de la chaleur, pression, ou des ondes ultrasonores qui peuvent endommager les mous, appareils ressemblant à la peau. Ils ont été un grand défi dans le processus de fabrication de dispositifs électroniques hautes performances. » Il a noté que la buse pointue permet également de remodeler le motif préimprimé en diverses structures 3D, ayant ainsi une électrode fonctionnant comme un "interrupteur" pour allumer et éteindre l'alimentation.
Figure 2 :Illustration schématique du système d'impression 3D d'un composite métallique étirable. Le système d'impression se compose d'une buse pointue reliée à un réservoir d'encre rempli de composite métallique étirable, un régulateur de pression, et étage de mouvement à cinq axes avec mouvements automatiques en x, oui, axes z et deux axes d'inclinaison dans le plan xy. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Figure 3-1 Micrographies stéréoscopiques de composites métalliques extensibles imprimés sur une structure 3D semblable à une puce électronique en matériau souple (caoutchouc de silicone). Les barres d'échelle sont de 100 µm. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Figure 3-2 Illustrations schématiques (à gauche) et images au microscope électronique à balayage (à droite) de diverses structures 3D de composites métalliques étirables imprimés. L'interconnexion 3D peut se chevaucher Les barres d'échelle sont de 100 µm. Crédit : Institut des sciences fondamentales
En utilisant la méthode d'impression directe, l'impression 3D haute résolution de ces formes composites autoportantes, interconnexions filaires. Ces nouvelles interconnexions électriques 3D extensibles sont spécifiquement constituées de fils ultra-fins, aussi fine que 5 micromètres. Des études antérieures sur les métaux étirables n'ont pu présenter que des lignes filaires de plusieurs centaines de micromètres de diamètre. Le nouveau système est encore plus fin que l'interconnexion de la liaison filaire conventionnelle. Professeur Jang-Ung Park, l'auteur correspondant de l'étude a noté, "Nous serons peut-être bientôt en mesure de dire au revoir à ces interfaces volumineuses basées sur la peau car elles sont librement transformables, La technologie d'interconnexion 3D ultra-fine constituera une grande avancée dans les efforts de l'industrie pour produire des gadgets toujours plus compacts et minces. » Brouillant la frontière entre le corps humain et les appareils électriques, cette nouvelle technologie facilitera la production de composants semi-conducteurs plus intégrés et plus performants pour une utilisation dans les ordinateurs et les smartphones existants, ainsi que pour les appareils électroniques flexibles et extensibles."
