Ce nouveau matériau a été fabriqué à l'aide d'un processus que l'équipe a développé appelé « méthode d'assemblage par flotteur ». L'ensemble flotteur profite de l'effet Marangoni, qui se produit en deux phases liquides avec des tensions superficielles différentes. Lorsqu'il y a un gradient de tension superficielle, un flux de Marangoni est généré loin de la région avec une tension superficielle inférieure vers la région avec une tension superficielle plus élevée. Cela signifie que laisser tomber un liquide avec une tension superficielle inférieure sur une surface d'eau abaisse la tension superficielle localement, et le flux de Marangoni qui en résulte fait que le liquide tombé s'étale en couche mince sur la surface de l'eau.

La nanomembrane est créée à l'aide d'une méthode d'assemblage par flotteur qui consiste en un processus en trois étapes. La première étape consiste à déposer une solution composite, qui est un mélange de nanofils métalliques, caoutchouc dissous dans du toluène, et l'éthanol, à la surface de l'eau. La phase toluène-caoutchouc reste au-dessus de l'eau en raison de sa propriété hydrophobe, tandis que les nanofils se retrouvent à l'interface entre les phases eau et toluène. L'éthanol contenu dans la solution se mélange à l'eau pour abaisser la tension superficielle locale, qui génère un flux de Marangoni qui se propage vers l'extérieur et empêche l'agrégation des nanofils. Celui-ci assemble les nanomatériaux en une monocouche à l'interface entre l'eau et un film caoutchouc/solvant très fin. Dans la deuxième étape, le tensioactif est lâché pour générer une deuxième vague de flux de Marangoni qui compacte étroitement les nanofils. Finalement, dans la troisième étape, le toluène est évaporé et une nanomembrane avec une structure unique dans laquelle une monocouche hautement compactée de nanofils est partiellement noyée dans un film de caoutchouc ultramince est obtenue.

Sa structure unique permet une répartition efficace des contraintes dans un film de caoutchouc ultrafin, conduisant à d'excellentes propriétés physiques, comme une extensibilité de plus de 1, 000%, et une épaisseur de seulement 250 nm. La structure permet également le soudage à froid et l'empilement bicouche de la nanomembrane l'une sur l'autre, ce qui conduit à une conductivité semblable à un métal supérieure à 100, 000 S/cm. Par ailleurs, les chercheurs ont démontré que la nanomembrane peut être modelée par photolithographie, qui est une technologie clé largement utilisée pour la fabrication de dispositifs commerciaux à semi-conducteurs et d'électronique de pointe. Par conséquent, on s'attend à ce que la nanomembrane puisse servir de nouveau matériau de plate-forme pour l'électronique de la peau.

Les implications de cette étude peuvent aller bien au-delà du développement de l'électronique de la peau. Alors que cette étude a présenté un matériau composite constitué de nanofils d'argent dans du caoutchouc styrène-éthylène-butylène-styrène (SEBS), il est également possible d'utiliser le procédé d'assemblage par flotteur sur divers nanomatériaux tels que les nanomatériaux magnétiques et les nanomatériaux semi-conducteurs, ainsi que d'autres types d'élastomères tels que le TPU et le SIS. Par conséquent, on s'attend à ce que l'assemblage du flotteur puisse ouvrir de nouveaux champs de recherche impliquant divers types de nanomembranes avec différentes fonctions.

L'étude est publiée dans la revue Science .