Au-delà de l'électronique flexible, qui peut être déformée en formes curvilignes 3D grâce à une contrainte mécanique passive, l'électronique à forme reconfigurable est très prometteuse en tant que prochaine génération d'appareils électroniques.
À mesure que l’électronique continue de se miniaturiser, les limitations spatiales entravent la déformation mécanique passive, nécessitant un contact physique et l’inclusion de sources d’énergie volumineuses et lourdes comme les batteries. Pour répondre aux limites intrinsèques des systèmes miniaturisés, les matériaux utilisés dans l'électronique à forme reconfigurable répondent activement aux stimuli externes, tels que la température, la lumière et l'électricité, et exécutent des actionnements programmés.
Ces matériaux, appelés matériaux sensibles aux stimuli, peuvent être considérés comme contenant une « intelligence physique » codée. Ces matériaux physiquement intelligents servent de plate-forme pour l'électronique reconfigurable, car ils peuvent activement transformer leur forme en diverses formes 3D et changer la position de leur corps grâce à un actionnement réversible.
Dirigés par Jeong Jae Wie, professeur agrégé au Département d'ingénierie organique et nano de l'Université de Hanyang, les chercheurs ont introduit un nouveau concept d'électronique reconfigurable à base d'élastomère à cristaux liquides codé par l'intelligence physique, qui a démontré la locomotion à la demande, y compris ramper, sauter et lancer de petits objets avec une fronde.
L'un de ces matériaux intelligents sur le plan physique est l'élastomère à cristaux liquides (LCE), un matériau bien connu pour son application dans les écrans à cristaux liquides (LCD). Au-delà de son utilisation comme matériau d'affichage, l'alignement programmable de molécules de cristaux liquides anisotropes permet une reconfiguration de forme contrôlée par la direction, élargissant ainsi son potentiel en tant que plate-forme pour l'électronique reconfigurable en forme lorsque le LCE est combiné avec d'autres charges conductrices.
Dans cette étude, publiée dans Nano Energy , l'équipe de recherche a intégré avec succès le LCE avec un Ti3 hautement conducteur C2 Tx MXène, formant une structure bicouche. MXene appartient à une nouvelle famille de matériaux 2D connus pour leur remarquable conductivité électrique et leur haute efficacité de conversion photothermique.
Grâce à un processus de photopolymérisation in situ personnalisé, le MXène a été efficacement transféré à la couche LCE sans aucun dommage ni délaminage physique.
La couche MXene a une épaisseur de 370 nm, soit 133 fois plus fine que la couche LCE, ce qui se traduit par une faible rigidité en flexion de la bicouche et permet des performances d'actionnement élevées. De plus, la bicouche LCE/MXene nouvellement formée, nommée MLB, présente une conductivité électrique remarquablement élevée d'environ 5 300 S cm -1 . , permettant à la MLB d'alimenter les LED. Le MLB démontre également des capacités d'actionnement photo/électrothermiques sous irradiation lumineuse proche infrarouge et avec des applications de tension inférieures à 3,5 V.
Pour obtenir diverses reconfigurations de forme et locomotion avec MLB, des structures assemblées collectivement ont été introduites, en tenant compte de la symétrie de l'assemblage.
Les MLB assemblés symétriquement présentaient des formes en S, en W, en forme de fleur et une structure chirale inverse. De plus, les MLB assemblés de manière asymétrique présentaient une rampe et une rotation directionnelles avec des ajustements de la longueur et de l'alignement moléculaire des unités MLB constitutives.
Les MLB assemblés de manière asymétrique présentaient un centre de masse qui se déplaçait continuellement lors de leur actionnement, conduisant à une locomotion directionnelle. Inspirés par l'instabilité du snap-through, ces MLB assemblés ont également réalisé des mouvements de saut et de tir à l'élingue de petits objets. Pour cela, l’équipe de recherche a récemment introduit un cadre en papier rigide et une structure assemblée alternativement, qui limitaient artificiellement la reconfiguration de forme des MLB assemblés, puis stockaient efficacement l’énergie élastique résultante. Cette énergie élastique stockée a ensuite été convertie en énergie mécanique via un composant logiciel enfichable, conduisant finalement à des mouvements de saut et de tir à l'élingue rapides et explosifs par la MLB assemblée.
Woongbi Cho, le premier auteur de l'article, note "La multifonctionnalité est un élément clé de l'électronique de nouvelle génération, et la diversité géométrique permet à l'électronique reconfigurable de forme d'effectuer un actionnement et une locomotion multimodaux."
Parlant de la MLB, le professeur Wie a ajouté :« L'électronique à forme reconfigurable basée sur l'élastomère à cristaux liquides et le MXène étend avec succès l'application des polymères à cristaux liquides. Nous pensons que cette technique peut donner un aperçu des plates-formes de forme reconfigurables qui peuvent être appliquées dans divers domaines. y compris les dispositifs de stockage d'énergie, les antennes et les systèmes robotiques miniaturisés."
Plus d'informations : Woongbi Cho et al, Locomotion multifonctionnelle d'électronique reconfigurable de forme assemblée collectivement, Nano Energy (2023). DOI :10.1016/j.nanoen.2023.108953
Informations sur le journal : Nanoénergie
Fourni par l'Université de Hanyang
