Les électrodes sont transcrites en imprimant des électrodes sur des hydrogels et en roulant des fibres sur des électrodes (à gauche), Caractéristiques de la modalité et de la mesure cardiaque réelle appliquée à la mesure du débit phototématique au bout des doigts en insérant une photodiode transcriptionnelle dans la fibre (à droite) Crédit :Institut coréen des sciences et technologies (KIST)
Les progrès des appareils portables ont permis aux e-textiles, qui fusionnent des textiles légers et confortables avec une électronique intelligente, et attirent l'attention en tant que technologie portable de nouvelle génération. En particulier, dispositifs électroniques à fibre dotés de propriétés électriques, tout en conservant les spécificités des textiles, sont des éléments clés dans la fabrication des e-textiles.
Les dispositifs optoélectroniques sont généralement construits à l'aide de couches de semi-conducteurs, électrodes, et isolants; leur performance est fortement affectée par la taille et la structure des électrodes. Les composants électroniques à fibre pour les textiles électroniques doivent être fabriqués sur des matériaux minces, fils souples; puisque ces dispositifs ne peuvent pas être plus larges que des fils ayant un diamètre de quelques micromètres, c'est un défi d'améliorer les performances de tels composants électroniques à fibre. Cependant, une équipe de scientifiques coréens a retenu l'attention après avoir développé une nouvelle technologie pour surmonter ces limitations.
Une équipe de chercheurs, dirigé par le Dr Hyunjung Yi et le Dr Jung Ah Lim, au Post-silicon Semiconductor Institute de l'Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST) a annoncé avoir développé une technique pour fabriquer des composants électroniques à fibre, tels que les transistors et les photodiodes, avec les structures d'électrodes souhaitées par enveloppement. Spécifiquement, le réseau d'électrodes souhaité peut être fabriqué à l'aide d'une imprimante à jet d'encre, et un fil d'électrode revêtu d'une surface semi-conductrice est enroulé sur le dessus de ces électrodes.
(a) Schéma du processus de transfert par roulement de microélectrodes NTC imprimées. (b) Photographies de microélectrodes CNT enroulées en spirale sur un PU nu et sur une microfibre Au recouverte d'un semi-conducteur organique. Crédit : Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST)
En 2019, Le Dr Yi et son équipe de recherche ont développé une technique pour construire un réseau d'électrodes sur une surface donnée en imprimant de l'encre à nanotubes de carbone (CNT) sur un gabarit fait d'un hydrogel hydrophile et en transférant l'encre CNT sur la surface souhaitée ( Nano lettres 2019, 19, 3684-3691). Une fois imprimé sur l'hydrogel, les électrodes CNT se comportent comme si elles flottaient sur l'eau. D'où, les chercheurs ont prédit la possibilité de transférer ces électrodes intactes à la surface des fibres en faisant rouler les fibres sur les électrodes. Dans une étude collaborative avec le Dr Lim et son équipe, les chercheurs ont pu développer des composants électroniques à fibre haute performance sans endommager la couche semi-conductrice ou les électrodes CNT. Les transistors à fibre enveloppés d'électrodes CNT ont maintenu des performances stables d'au moins 80%, même avec un rayon de courbure serré de 1,75 mm.
En utilisant la propriété semi-transparente de l'électrode CNT, les chercheurs ont également réussi à développer des photodiodes à fibre pour détecter la lumière en enroulant les électrodes CNT autour de fils d'électrode recouverts d'un semi-conducteur qui produit du courant lors de l'absorption de la lumière. Les photodiodes à fibre peuvent détecter une large gamme de lumière visible et ont d'excellentes sensibilités comparables à celles des composants rigides. Les chercheurs ont fabriqué un gant à partir d'un tissu contenant ces photodiodes et diodes électroluminescentes (DEL). Les LED produisent de la lumière, et les photodiodes mesurent l'intensité de la lumière réfléchie par les doigts, qui change en fonction du flux sanguin. Ainsi, le gant peut être utilisé pour mesurer le pouls du porteur.
Le Dr Lim a déclaré que « le moniteur de pouls avec gant de doigt que nous avons développé pourrait offrir une alternative au dispositif de surveillance du pouls de type clip conventionnel. Il présente l'avantage d'être plus accessible pour les patients en raison de sa texture confortable et douce et de pouvoir mesurer le pouls en temps réel à tout moment et en tout lieu." Dr Yi, le co-investigateur, a déclaré que "Cette recherche fournit une nouvelle approche de la fabrication d'électrodes, qui reste un problème important à résoudre dans le développement de dispositifs à fibre. Nous nous attendons à ce que ces découvertes fassent progresser le domaine de l'amélioration des performances des composants optoélectroniques à fibre au développement de dispositifs électroniques à fibre avec des circuits complexes. »
