Les ingénieurs électriciens de l'Université Duke ont mis au point une technique d'impression sur place entièrement pour l'électronique qui est suffisamment douce pour fonctionner sur des surfaces délicates, y compris le papier et la peau humaine. L'avancée pourrait permettre des technologies telles que la haute adhérence, tatouages ​​électroniques intégrés et bandages truqués avec des biocapteurs spécifiques au patient.

Les techniques sont décrites dans une série d'articles publiés en ligne le 9 juillet dans la revue Nanoéchelle et le 3 octobre dans le journal ACS Nano .

"Quand les gens entendent le terme" électronique imprimée, ' l'on s'attend à ce qu'une personne charge un substrat et les conceptions d'un circuit électronique dans une imprimante et, un délai raisonnable plus tard, supprime un circuit électronique entièrement fonctionnel, " dit Aaron Franklin, le James L. et Elizabeth M. Vincent professeur agrégé de génie électrique et informatique à Duke.

"Au fil des ans, il y a eu une multitude d'articles de recherche promettant ce genre d'"électronique entièrement imprimée, ' mais la réalité est que le processus implique en fait de retirer l'échantillon plusieurs fois pour le cuire, lavez-le ou essorez-y des matériaux de revêtement, " a déclaré Franklin. " Le nôtre est le premier où la réalité correspond à la perception du public. "

Le concept de tatouages ​​dits électroniques a été développé pour la première fois à la fin des années 2000 à l'Université de l'Illinois par John A. Rogers, qui est maintenant le professeur Louis Simpson et Kimberly Querrey de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université Northwestern. Plutôt qu'un vrai tatouage qui est injecté en permanence dans la peau, Les tatouages ​​électroniques de Rogers sont fins, patchs flexibles en caoutchouc qui contiennent des composants électriques tout aussi flexibles.

Le film mince adhère à la peau un peu comme un tatouage temporaire, et les premières versions de l'électronique flexible ont été conçues pour contenir des moniteurs d'activité cardiaque et cérébrale et des stimulateurs musculaires. Alors que ces types d'appareils sont en voie de commercialisation et de fabrication à grande échelle, il y a des domaines dans lesquels ils ne sont pas bien adaptés, comme lorsqu'une modification directe d'une surface en ajoutant une électronique personnalisée est nécessaire.

"Pour que l'impression directe ou additive soit toujours vraiment utile, vous allez devoir pouvoir imprimer l'intégralité de ce que vous imprimez en une seule étape, " a déclaré Franklin. " Certaines des applications les plus exotiques incluent des tatouages ​​électroniques intimement connectés qui pourraient être utilisés pour le marquage biologique ou des mécanismes de détection uniques, prototypage rapide pour une électronique personnalisée à la volée, et des diagnostics sur papier qui pourraient être facilement intégrés dans des pansements personnalisés. »

Dans le journal de juillet, Le laboratoire de Franklin et le laboratoire de Benjamin Wiley, professeur de chimie à Duke, a développé une nouvelle encre contenant des nanofils d'argent qui peuvent être imprimées sur n'importe quel substrat à basse température avec une imprimante aérosol. Il donne un film mince qui maintient sa conductivité sans aucun autre traitement. Après avoir été imprimé, l'encre sèche en moins de deux minutes et conserve ses hautes performances électriques même après avoir subi une déformation de flexion de 50 pour cent plus d'un millier de fois.

Dans une vidéo accompagnant le premier article, L'étudiant diplômé Nick Williams imprime deux dérivations actives électroniquement sous son petit doigt. Vers le bout de son doigt, il relie les fils à une petite lumière LED. Il applique ensuite une tension au bas des deux fils imprimés, faisant que la LED reste allumée même lorsqu'il se penche et bouge le doigt.

Dans le deuxième article, Franklin et l'étudiant diplômé Shiheng Lu poussent l'encre conductrice un peu plus loin et la combinent avec deux autres composants imprimables pour créer des transistors fonctionnels. L'imprimeur dépose d'abord une bande semi-conductrice de nanotubes de carbone. Une fois sec, et sans retirer le substrat en plastique ou en papier de l'imprimante, deux fils de nanofil d'argent qui s'étendent sur plusieurs centimètres de chaque côté sont imprimés. Couche diélectrique non conductrice d'un matériau bidimensionnel, nitrure de bore hexagonal, est ensuite imprimé sur le dessus de la bande semi-conductrice d'origine, suivie d'une électrode de grille finale en nanofil d'argent.